Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), Goonhilly Earth Station (GES) y la Agencia Espacial Europea (ESA) han firmado hoy un acuerdo de colaboración para los Servicios de Apoyo a la Misión Comercial Lunar en el Simposio Espacial de Colorado Springs. Esta innovadora asociación comercial para la exploración tiene como objetivo desarrollar una infraestructura de navegación y telecomunicaciones lunar europea, incluida la entrega de cargas útiles y nano-satélites a la órbita lunar. Crédito:SSTL
La misión Lunar Pathfinder de la ESA a la luna llevará un receptor de navegación por satélite avanzado, para realizar la primera corrección de posicionamiento de navegación por satélite en la órbita lunar. Esta carga útil experimental marca un paso preliminar en un ambicioso plan de la ESA para expandir la cobertura confiable de navegación por satélite, así como los enlaces de comunicación, a los exploradores alrededor y, en última instancia, en la Luna durante esta década.
Se lanzará a fines de 2023 a la órbita lunar, El Lunar Pathfinder comsat, público-privado, ofrecerá servicios comerciales de retransmisión de datos a las misiones lunares, al tiempo que amplía los límites operativos de las señales de navegación por satélite.
Los satélites de navegación como la constelación europea Galileo están destinados a ofrecer posicionamiento, servicios de navegación y cronometraje a nuestro planeta, por lo que la mayor parte de la energía de sus antenas de navegación se irradia directamente hacia el disco de la Tierra, bloqueando su uso para usuarios más alejados en el espacio.
"Pero esta no es toda la historia, "explica Javier Ventura-Traveset, dirigiendo la Oficina de Ciencias de la Navegación Galileo de la ESA y coordinando las actividades de navegación lunar de la ESA. "Los patrones de las señales de navegación también se irradian hacia los lados, como la luz de una linterna, y las pruebas anteriores muestran que estos 'lóbulos laterales' de la antena se pueden emplear para el posicionamiento, siempre que se implementen receptores adecuados ".
Al igual que las personas o los automóviles en el suelo, Los satélites en órbita terrestre baja dependen en gran medida de las señales de navegación por satélite para determinar su posición orbital, y dado que la ESA demostró que era posible un posicionamiento en órbitas más altas, un número creciente de satélites en órbita geoestacionaria emplean receptores de navegación por satélite.
La constelación completa de Galileo constará de 24 satélites a lo largo de tres planos orbitales, más dos satélites de repuesto por órbita. El resultado será la flota más grande de Europa, proporcionando cobertura de navegación mundial. Crédito:ESA-P. Carril
Pero la órbita geoestacionaria está a 35 786 km de altura, mientras que la luna está más de diez veces más lejos, a una distancia media de 384 000 km. Sin embargo, en 2019 La Misión Magnetosférica Multiescala de la NASA adquirió señales de GPS para realizar una corrección y determinar su órbita desde 187 166 km de distancia, cerca de la mitad de la distancia Tierra-Luna.
Javier agrega:“Esta exitosa evidencia experimental nos brinda una gran confianza ya que el receptor que embarcaremos en Lunar Pathfinder tendrá una sensibilidad significativamente mejorada, empleará señales tanto de Galileo como de GPS y también contará con una antena de navegación por satélite de alta ganancia ".
La antena principal de este receptor de alta sensibilidad se desarrolló a través del Programa de Tecnología de Soporte General de la ESA, con la unidad principal del receptor desarrollada a través del Programa de Apoyo e Innovación en Navegación de la ESA, NAVISP.
El proyecto del receptor está dirigido por el ingeniero de navegación de la ESA Pietro Giordano:"El receptor de alta sensibilidad podrá detectar señales muy débiles, millones de veces más débiles que los recibidos en la Tierra. El uso de filtros orbitales avanzados a bordo permitirá lograr una precisión sin precedentes en la determinación de la órbita de forma autónoma ".
Satélites de navegación, como el Galileo de Europa, el GPS de EE. UU., Glonass de Rusia o sus japoneses, Contrapartes de China e India:apunten sus antenas directamente a la Tierra. Cualquier satélite que orbite por encima de estas constelaciones solo puede esperar detectar señales del otro lado de la Tierra, pero la mayoría están bloqueados por el planeta. Para una posición fija, un receptor de navegación por satélite requiere un mínimo de cuatro satélites para ser visible, pero la mayoría de las veces esto no es posible si se basa únicamente en señales frontales. En lugar de, Los receptores de navegación por satélite en órbitas más altas pueden hacer uso de señales emitidas lateralmente desde antenas de navegación, dentro de lo que se conoce como "lóbulos laterales". Como una linterna Las antenas de radio emiten energía hacia los lados y hacia adelante. Crédito:ESA
El receptor de Lunar Pathfinder está proyectado para lograr una precisión de posicionamiento de alrededor de 100 m, más precisa que el rastreo en tierra tradicional.
La disponibilidad de la navegación por satélite permitirá la realización de una 'Determinación precisa de la órbita' para los satélites lunares, señala Werner Enderle, Jefe de la Oficina de Apoyo a la Navegación de la ESA:"La determinación de la órbita tradicional de los satélites en órbita lunar se realiza mediante radiodifusión, utilizando estaciones terrestres del espacio lejano. Esta demostración de Lunar Pathfinder será un hito importante en la navegación lunar, cambiando todo el enfoque. No solo aumentará la autonomía de las naves espaciales y agudizará la precisión de los resultados, también ayudará a reducir los costos operativos ".
Si bien las órbitas lunares suelen ser inestables, con satélites en órbita baja desviados de su curso por las concentraciones de masa grumosa o 'mascons' que forman la luna, Se planea que Lunar Pathfinder adopte una órbita elíptica 'congelada' altamente estable, se centró en el polo sur lunar, un objetivo principal para futuras expediciones.
La Tierra, y sus constelaciones de navegación por satélite, deberían permanecer a la vista de Lunar Pathfinder durante la mayoría de las pruebas. El principal desafío será superar la geometría limitada de las señales de navegación por satélite, todas provenientes de la misma parte del cielo. junto con la potencia de señal baja.
Una imagen de alta definición de la llanura de lava de Mars Australe en la luna tomada por el orbitador lunar japonés Kaguya en noviembre de 2007. Crédito:JAXA / NHK
La demostración de Lunar Pathfinder de que las señales terrestres de navegación por satélite se pueden emplear para navegar en órbitas lunares será un paso temprano importante en la iniciativa de la luz de la luna de la ESA. Apoyado a través de tres direcciones de la ESA, Moonlight continuará para establecer un Servicio de Navegación y Comunicación Lunar.
"Durante la próxima década, La ESA tiene como objetivo contribuir a la creación de una infraestructura común de comunicaciones y navegación para todas las misiones lunares basadas en satélites lunares dedicados. "explica Bernhard Hufenbach, gestionar iniciativas de comercialización e innovación para la exploración espacial en la ESA.
"la luz de la luna permitirá apoyar misiones que no pueden utilizar señales de navegación por satélite de la Tierra, como módulos de aterrizaje en el otro lado y planea cubrir la brecha actual hacia las necesidades expresadas por la comunidad de Exploración Global, precisión de posicionamiento del objetivo por debajo de 50 metros ".
Además de facilitar la exploración lunar, estas señales de navegación por satélite podrían convertirse algún día en una herramienta para la ciencia por derecho propio, usó, por ejemplo, para realizar reflectometría a través de la superficie lunar; haciendo sonar la escasa 'exosfera' polvorienta que rodea la luna o proporcionando una señal de referencia de tiempo común a través de la luna, para ser utilizado en experimentos de física fundamental o astronomía.
Además de marcar una novedad en la historia de la navegación por satélite, Javier señala que el experimento de navegación por satélite de Lunar Pathfinder tendrá mayores consecuencias:"Esta se convertirá en la primera demostración de la recepción de GPS y Galileo en la órbita lunar". abriendo la puerta a una forma completa de navegar naves espaciales en el espacio profundo, permitiendo la exploración humana de la luna ".
