Galileu ajudarà Lunar Pathfinder a navegar per la Lluna

Es llançarà a finals de 2023 a l’òrbita lunar, la pública-privada Lunar Pathfinder comsat oferirà serveis de retransmissió de dades comercials a missions lunars, alhora que estén els límits operatius dels senyals de satnav.

Els satèl·lits de navegació, com la constel·lació Galileo d’Europa, estan destinats a proporcionar serveis de posicionament, navegació i sincronització al nostre planeta, de manera que la major part de l’energia de les antenes de navegació s’irradia directament cap al disc terrestre, bloquejant-ne l’ús per als usuaris més allunyats de l’espai.

“Però aquesta no és tota la història”, explica Javier Ventura-Traveset, al capdavant de l’Oficina de Ciències de la Navegació Galileo de l’ESA, que coordina les activitats de navegació lunar de l’ESA. “Els patrons de senyal de navegació també irradien cap als costats, com la llum d’una llanterna, i les proves anteriors mostren el costat d’aquestes antenes. es poden emprar lòbuls per al posicionament, sempre que s’implementin receptors adequats “.

Igual que les persones o els cotxes a terra, els satèl·lits en òrbita baixa de la Terra es basen en gran mesura en els senyals satnav per determinar la seva posició orbital i ja que l’ESA va demostrar que era possible un posicionament en òrbita més alta, un nombre creixent de satèl·lits en òrbita geoestacionària utilitzen actualment receptors satnav.

Però l’òrbita geoestacionària es troba a 35 786 km, mentre que la Lluna es troba més de deu vegades més lluny, a una distància mitjana de 384 000 km. El 2019, però, les de la NASA Missió magnetosfèrica multescala va adquirir senyals GPS per realitzar una correcció i determinar la seva òrbita des de 187 166 km de distància, prop de la meitat de la distància Terra-Lluna.

Javier afegeix: “Aquesta exitosa evidència experimental ens proporciona una gran confiança, ja que el receptor que embarcarem en Lunar Pathfinder tindrà una sensibilitat sensiblement millorada, utilitzarà tant senyals Galileo com GPS i també comptarà amb una antena satnav d’alt guany”.

L’antena principal d’aquest receptor d’alta sensibilitat es va desenvolupar a través de l’ESA Programa general de tecnologia de suport, amb la unitat principal del receptor desenvolupada a través del Programa d’Innovació i Suport a la Navegació de l’ESA, NAVISP.

El projecte del receptor està dirigit per l’enginyer de navegació de l’ESA, Pietro Giordano: “El receptor d’alta sensibilitat serà capaç de detectar senyals molt dèbils, milions de vegades més febles que els rebuts a la Terra. L’ús de filtres orbitals a bord avançats permetrà aconseguir una precisió sense precedents de determinació de l’òrbita de forma autònoma ”.

El receptor de Lunar Pathfinder es projecta per aconseguir una precisió de posicionament d’uns 100 m, més precís que el seguiment tradicional del terreny.

La disponibilitat de satnav permetrà realitzar la “Determinació de l’òrbita precisa” per als satèl·lits lunars, assenyala Werner Enderle, cap de l’oficina de suport a la navegació de l’ESA: “La determinació tradicional de l’òrbita dels satèl·lits en òrbita lunar es realitza per radiocomunicació, mitjançant estacions terrestres espacials profundes. Aquesta demostració de Lunar Pathfinder serà una fita important en la navegació lunar, canviant tot l’enfocament. No només augmentarà l’autonomia de les naus espacials i afinarà la precisió dels resultats, sinó que també ajudarà a reduir els costos operatius “.

Tot i que les òrbites lunars solen ser inestables, amb satèl·lits en òrbita baixa arrossegats per les concentracions massives de grumolls o “mascotes” que formen la Lluna, Lunar Pathfinder té previst adoptar una òrbita el·líptica “congelada” altament estable, centrada en el sud lunar pole: un dels principals objectius de futures expedicions.

La Terra – i les seves constel·lacions de satnav – haurien de romandre a la vista de Lunar Pathfinder durant la majoria de proves. El repte principal serà superar la geometria limitada dels senyals de satnav que provenen de la mateixa part del cel, juntament amb la poca potència del senyal.

La demostració de Lunar Pathfinder segons la qual es poden emprar senyals de satèl·lit terrestre per navegar en òrbites lunars serà un pas important a l’ESA Iniciativa Moonlight. Amb el suport de tres direccions de l’ESA, Moonlight continuarà establint un servei de comunicació i navegació lunar.

“Durant la propera dècada, l’ESA pretén contribuir a construir una infraestructura de comunicacions i navegació comuna per a totes les missions lunars basades en satèl·lits lunars dedicats”, explica Bernhard Hufenbach, que gestiona iniciatives de comercialització i innovació per a l’exploració espacial a l’ESA.

“Moonlight permetrà donar suport a missions que no poden fer servir senyals de satèl·lit terrestre, com ara els landers a l’extrem, i té previst cobrir el buit actual cap a les necessitats expressades per la comunitat Global Exploration, amb una precisió de posicionament inferior a 50 metres”.

A més de facilitar l’exploració lunar, aquests senyals de satnav podrien convertir-se algun dia en una eina per a la ciència per si mateixos, utilitzats, per exemple, per realitzar reflectometria a través de la superfície lunar; sonant l’escassa “exosfera” polsegosa que envolta la Lluna o proporcionant un senyal de referència horària comú a tota la Lluna, que s’utilitzarà per a experiments fonamentals de física o astronomia.

Així, a més de marcar un primer en la història de la navegació per satèl·lit, Javier assenyala que l’experiment satnav de Lunar Pathfinder tindrà conseqüències més grans: “Es convertirà en la primera demostració de recepció de GPS i Galileo en òrbita lunar, obrint la porta a un camí complet navegar en naus espacials a l’espai profund, permetent l’exploració humana de la Lluna ”.