Reflector làser de la NASA per a la navegació per satèl·lit de l’ESA a Lunar Pathfinder

Protegit dins de múltiples capes d’embalatge amb “rellotges de xoc” en tres dimensions dins de la caixa d’enviament, per detectar qualsevol tractament dur, la matriu de retroreflectors làser de la NASA, LRA, es va lliurar amb èxit a Surrey Satellite Technology Ltd. SSTLa Guildford, Regne Unit.

Després de desembalar i seguir els procediments establerts, l’ESA, la NASA i SSTL van realitzar conjuntament una inspecció visual del LRA, confirmant que no hi havia rascades ni rascades a l’òptica. Com a resultat, l’ESA va acceptar formalment l’instrument el 4 de novembre de 2022 i es va passar a SSTL per a la seva integració a bord de la seva nau espacial de la mida d’una rentadora, que s’ha de llançar el 2025.

SSTL’s Buscador lunar servirà com a satèl·lit de retransmissió de telecomunicacions per a futures missions a la Lluna, amb l’ESA com a client principal, mentre que la NASA també farà ús dels seus serveis a canvi de lliurar Lunar Pathfinder a l’òrbita lunar a través dels seus serveis de càrrega útil lunar comercial (CLPS) iniciativa.

“El lliurament d’avui és un element addicional d’això col·laboració única ESA-NASAque inclou una campanya de proves en òrbita per demostrar l’ús de senyals de navegació per satèl·lit a l’òrbita lunar i l’abast del làser per autenticar aquestes solucions pioneres de posicionament de la navegació per satèl·lit”, explica Javier Ventura-Traveset, responsable de l’Oficina de Ciència de Navegació de Galileo de l’ESA i coordinador de les activitats de navegació lunar de l’ESA. .

Avui en dia, el seguiment d’una nau espacial en òrbita lunar requereix diverses estacions terrestres per dur a terme una ràdio. Lunar Pathfinder emprarà un transponder estàndard de banda X per a aquest propòsit, però a més portarà el dispositiu de l’ESA. Receptor del sistema global de navegació per satèl·lit NaviMoon.

Aconseguir fixacions de posició de Galileo i GPS tan lluny a l’espai requereix una enginyeria intel·ligent i tècniques de processament de senyals, perquè els senyals que s’estenen a l’òrbita lunar són milions de vegades més febles que els que rebem amb els nostres telèfons intel·ligents o cotxes. Però l’èxit significaria que les futures missions a la Lluna podrien dirigir-se de manera eficaç, fixant la seva posició automàticament mitjançant GNSS a una distància superior a 100 m, una millora d’ordre de magnitud respecte a l’abast actual de la ràdio, alhora que s’abandona l’ús d’una costosa infraestructura terrestre.

Javier afegeix: “Tant l’ESA com la NASA estan molt interessades a explotar les dades de l’LRA amb el nostre receptor de satnav NaviMoon, que permetrà la comprovació creuada de les correccions de posicionament a través de la distància cislunar i obrirà noves possibilitats en la geodèsia lunar. Aquestes proves també proporcionaran un aprenentatge tecnològic molt valuós per a la iniciativa Moonlight de l’ESA, que proporcionarà abans de finals d’aquesta dècada una xarxa autònoma de comunicacions i satèl·lits de navegació que donen suport a l’exploració lunar”.

Els retroreflectors làser són una tecnologia espacial ben establerta, normalment utilitzada per determinar amb precisió l’òrbita dels satèl·lits al voltant de la Terra. Mitjançant la mesura del temps de vol dels polsos làser per viatjar des de la Terra fins al satèl·lit i tornar, es pot calcular la seva distància precisa, de la mateixa manera que la distància basada en ràdio, però aconseguint una precisió molt més alta a causa de la curta longitud d’ona de la llum.

En l’aproximació, s’assemblen als “ulls de gat” miralls incrustats a les autopistes per reflectir la llum amb precisió a la seva font, gràcies a una complexa configuració de reflexió interna: un total de 48 “cubs de cantonada” en el cas de l’LRA, que eren individualment i rigorosament. inspeccionat i mesurat al laboratori. El rendiment òptic de la matriu es va mesurar amb precisió a Centre de vol espacial Goddard de la NASA.

Aproximadament de la mida d’un ordinador portàtil, el LRA va ser produït per a la NASA per KBRbasat en un LRA anterior que ja volia a l’orbitador de reconeixement lunar de la NASA (LRO). Stephen Merkowitz, gerent del projecte de geodèsia espacial de la NASA, afirma: “Aquest LRA és més gran i retornarà més de 12 vegades la llum làser que la del LRO, ja que té 48 cubs de cantonada de 4 cm de diàmetre, en comparació amb els 12 cubs reflectors de LRO. 3 cm de diàmetre. Aquesta oportunitat és, aleshores, força única”.

Lunar Pathfinder orbitarà en una “òrbita congelada lunar” altament el·líptica, dissenyada per optimitzar la cobertura sobre el pol sud de la Lluna, el focus principal dels futurs esforços d’exploració. Per a aquesta demostració, el satèl·lit Lunar Pathfinder es reorientarà en òrbita, normalment durant una finestra experimental contínua de cinc dies, de manera que l’LRA, l’antena receptora NaviMoon i el transponder X-Band s’allotgin, tots situats al mateix panell del satèl·lit. , junts apunten cap a la Terra. Això maximitzarà les prestacions possibles i la visibilitat conjunta d’aquestes tres tècniques geodèsiques, que s’utilitzaran simultàniament per primera vegada a l’òrbita lunar.

El Servei Internacional de Distància Làser Actualment, disposa de quatre estacions capaços de fer servir làser fins a la distància lunar, tres amb seu a Europa (Grasse, Wetzel i Matera) i una als EUA (Apache Point). A més, l’ESA està considerant l’ús de la seva pròpia Laser Ranging Station, amb seu a Tenerife, que actualment s’està millorant.

Com a següent pas, l’LRA es sotmetrà a una inspecció final a SSTL abans d’integrar-se al Lunar Pathfinder, i s’ha d’ajustar i alinear amb precisió per maximitzar la precisió de posicionament.

Lily Forward, enginyer de sistemes de SSTL Lunar Pathfinder, afirma: “Aquesta és la primera peça de maquinari de vol de SSTL per al Lunar Pathfinder i és el resultat d’una excel·lent col·laboració entre l’ESA, la NASA i SSTL. Tots estem ansiosos de posar a prova aquest experiment d’abast un cop s’hagi llançat el Lunar Pathfinder de SSTL.

Després, en la dècada vinent, dedicat Satèl·lits clars de lluna i, finalment, un maquinari addicional a la superfície lunar establirà una infraestructura comuna de comunicacions i navegació per a totes les missions lunars, apropant efectivament la Lluna a la Terra en termes pràctics, convertint-la en el vuitè continent del nostre planeta.

Moonlight s’està presentant als ministres de l’espai europeus per a la seva aprovació a Consell de l’ESA a Nivell Ministerial a París del 22 al 23 de novembre.