Els plans de l’ESA per a satèl·lits de navegació en òrbita baixa

Cobertura global, gratuït per a tothom, els sistemes globals de navegació per satèl·lit (GNSS) com el Galileo d’Europa ja han transformat la nostra societat i, a causa de la seva omnipresència, la seva influència continua creixent. El 2021, la població de receptors de navegació per satèl·lit va assolir els 6.500 milions de receptors a tot el món i es preveu que el sector mantingui una taxa de creixement anual del 10% en els propers anys. Però en diversos aspectes, l’enfocament estàndard del GNSS s’acosta als límits del rendiment òptim: per millorar encara més, els ingredients afegits s’estan convertint en essencials.

“La navegació per satèl·lit ha permès una àmplia gamma d’aplicacions en els darrers anys, però aquest mateix èxit està inspirant necessitats dels usuaris encara més exigents per a la propera dècada”, assenyala Lionel Ries, cap de l’equip d’R+D de GNSS Evolutions de l’ESA, que supervisa els estudis LEO-PNT de l’Agència. .

“Per a casos d’ús com els vehicles autònoms, vaixells o drons, la robòtica, les Smart Cities o l’Internet de les coses industrial per al control dels sistemes de fàbrica, els requisits de posicionament creixen des de l’escala metre actual fins a l’escala centímetre o encara més precisa, basant-se en senyals contínuament fiables que estan disponibles a qualsevol lloc i en qualsevol moment, fins i tot a l’interior, alhora que poden superar interferències o embussos.

“Fins ara, la solució clàssica de GNSS com Galileo, situada en òrbita terrestre mitjana i basada en senyals de banda L, ha estat en la que confiem per al nostre posicionament. El GNSS estàndard per si sol no serà capaç de satisfer totes aquestes demandes futures dels usuaris. En canvi, Europa ha d’aprofitar l’oportunitat per investigar el potencial del tipus de constel·lacions d’òrbita terrestre baixa (LEO) que ja estan en camí al mercat global per permetre nous tipus de serveis de posicionament, navegació i cronometratge (PNT).

Simplement en virtut de la física, amb menys distància per cobrir fins a la Terra, els senyals d’aquests satèl·lits LEO PNT poden ser més potents, capaços de superar les interferències i arribar a llocs on els senyals de satnav actuals no poden arribar.

I mitjançant l’adopció d’una gamma més àmplia de bandes de senyal, els satèl·lits poden respondre a les necessitats particulars dels usuaris: per exemple, a òrbites inferiors, els mateixos satèl·lits es mouen més ràpidament en relació a la superfície de la Terra, penseu en l’Estació Espacial Internacional a 400 km que orbita la Terra cada 90 minuts. que ofereix un possible avantatge en el temps necessari per assolir posicions molt precises. També algunes bandes podrien oferir una major penetració en entorns difícils, mentre que altres bandes podrien oferir una major robustesa i precisió.

L’objectiu del pla de l’ESA per realitzar una demostració en òrbita de satèl·lits de navegació per satèl·lit en òrbita baixa de la Terra és precisament consolidar els tipus de senyals, les tecnologies habilitadores i el seu potencial per als serveis futurs.

El pla és construir i fer volar una mini-constel·lació inicial d’almenys mitja dotzena de satèl·lits per provar capacitats i tecnologies clau, a més de demostrar senyals i bandes de freqüència per a l’ús d’una constel·lació operativa posterior, de la mateixa manera que els europeus. Els satèl·lits de prova GIOVE van obrir el camí per a Galileo. L’èxit situarà la indústria europea en les posicions principals per a les empreses comercials de seguiment, així com els programes institucionals previstos.

“Cada satèl·lit individual seria relativament petit, amb una massa inferior a 70 kg, en comparació amb els satèl·lits operatius Galileo actuals de 700 kg”, afegeix Roberto Prieto-Cerdeira, gestor de càrrega útil de satèl·lits de segona generació de Galileo i responsable de preparació de projectes LEO-PNT com a part de l’ESA. Programa FutureNAV.

“Poden ser comparativament més racionalitzats perquè poden beneficiar-se d’altres mitjans per calcular l’hora precisa sense rellotges atòmics extremadament precisos a bord, inclosos els senyals retransmesos dels satèl·lits Galileo per sobre d’ells. Aquests satèl·lits també es construirien amb una producció ràpida per lots per estalviar temps i costos; ens plantegem com a màxim tres anys des de la signatura dels contractes fins als primers satèl·lits en òrbita, el mateix tipus d’escala de temps aconseguida per GIOVE-A a principis. anys 2000”.

“L’ambició de l’ESA és garantir que Europa mantingui una indústria espacial de classe mundial, i la navegació constitueix avui el sector espacial més gran aigües avall, amb un valor d’uns 150.000 milions d’euros anuals i que creix a un ritme del 10% anual”, comenta el director de navegació de l’ESA. Javier Benedicto-Ruiz. “Estar quiet no és una opció; en canvi, hem d’explorar noves vies tècniques per estimular la competitivitat i la comercialització europees”.

Una versió operativa de la constel·lació LEO-PNT representaria una capa completament nova per al lliurament de PNT, combinada amb el GNSS tradicional i el posicionament basat en 5G/6G a terra, i fusionat amb dades dels sensors dels terminals dels usuaris.

Interès de la indústria

L’ESA ha estat investigant els elements bàsics del concepte LEO-PNT des del 2016. Ara, nombroses constel·lacions d’òrbita terrestre baixa ja prenen forma a tot el món, és el moment adequat per passar de la investigació bàsica a la demostració en òrbita.

L’interès de la indústria europea pel projecte LEO-PNT ha estat molt elevat, com ho demostra un recent Demanar informació on l’ESA va presentar detalls de com podrien participar empreses i institucions i un gran nombre d’empreses es van registrar i va presentar possibles conceptes i aportacions.

Endavant a FutureNAV

LEO-PNT compta amb el suport del programa FutureNAV de la Direcció de Navegació de l’ESA, que també inclou el Satèl·lit GÈNESIS mesurar la forma de la Terra amb més precisió que mai i alhora augmentar el rendiment de posicionament dels satèl·lits de navegació per satèl·lit. El programa FutureNAV, que inclou tant GENESIS com la iniciativa ‘LEO-PNT’, està pendent de decisió a La propera Conferència Ministerial de l’ESA al novembre.