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    Los ingenieros de la NASA analizan las necesidades de navegación de las misiones lunares de Artemisa

    Ilustración de la puerta de enlace en órbita lunar de la NASA y un sistema de aterrizaje humano en órbita alrededor de la luna. Crédito:NASA

    Los ingenieros de navegación y comunicaciones espaciales de la NASA están evaluando las necesidades de navegación para el programa Artemis, incluida la identificación de las capacidades de navegación de precisión necesarias para establecer la primera presencia sostenida en la superficie lunar.

    "Artemis nos invita a aplicar soluciones de navegación creativas, elegir la combinación correcta de capacidades para cada misión, "dijo Cheryl Gramling, jefe asociado de tecnología en la División de Análisis de Sistemas e Ingeniería de la Misión en el Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, Maryland. "La NASA tiene una multitud de herramientas de navegación a su disposición, y Goddard tiene medio siglo de experiencia navegando en misiones de exploración espacial en órbita lunar ".

    Junto con las capacidades de navegación probadas, La NASA utilizará tecnologías de navegación innovadoras durante las próximas misiones de Artemis.

    "Las misiones lunares brindan la oportunidad de probar y perfeccionar nuevas técnicas de navegación espacial, "dijo Ben Ashman, ingeniero de navegación en Goddard. "La luna es un lugar fascinante para explorar y puede servir como campo de pruebas que expanda nuestro conjunto de herramientas de navegación para destinos más distantes como Marte".

    Por último, Las misiones de exploración necesitan una combinación sólida de capacidades para proporcionar la disponibilidad, resistencia, e integridad requerida de un sistema de navegación in situ. Algunas de las técnicas de navegación que se analizan para Artemis incluyen:

    El altímetro láser Lunar Orbiter (LOLA) a bordo del Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) envía pulsos láser a la superficie de la Luna desde la nave espacial en órbita. Estos pulsos rebotan en la Luna y regresan a LRO, proporcionando a los científicos mediciones de la distancia desde la nave espacial hasta la superficie lunar. Mientras LRO orbita la Luna, LOLA mide la forma de la superficie lunar, que incluye información sobre las elevaciones y pendientes de la superficie de la Luna. Esta imagen muestra las pendientes que se encuentran cerca del polo sur de la luna. Crédito:NASA / LRO

    Radiometría, Optimetría y altimetría láser

    Radiometría, optimetría, y la altimetría láser miden distancias y velocidades utilizando las propiedades de las transmisiones electromagnéticas. Los ingenieros miden el tiempo que tarda una transmisión en llegar a una nave espacial y lo dividen por la velocidad de desplazamiento de la transmisión:la velocidad de la luz.

    Estas mediciones precisas han sido la base de la navegación espacial desde el lanzamiento del primer satélite, dando una medición precisa y confiable de la distancia entre el transmisor y el receptor de la nave espacial. Simultaneamente, la tasa de cambio en la velocidad de la nave espacial entre el transmisor y la nave espacial se puede observar debido al efecto Doppler.

    La radiometría y la optimetría miden las distancias y la velocidad entre una nave espacial y las antenas terrestres u otras naves espaciales utilizando sus enlaces de radio y enlaces de comunicaciones ópticas infrarrojas. respectivamente. En altimetría láser y rango láser espacial, una nave espacial o un telescopio terrestre refleja los láseres de la superficie de un cuerpo celeste o un reflector especialmente designado para calcular las distancias.

    Ilustración del módulo de aterrizaje Blue Ghost de Firefly Aerospace en la superficie lunar. El módulo de aterrizaje llevará un conjunto de 10 investigaciones científicas y demostraciones de tecnología a la luna en 2023 como parte de la iniciativa Commercial Lunar Payload Services (CLPS) de la NASA. Crédito:Firefly Aerospace

    Navegación óptica

    Las técnicas de navegación óptica se basan en imágenes de las cámaras de una nave espacial. Hay tres ramas principales de la navegación óptica.

    • La navegación óptica basada en estrellas utiliza objetos celestes brillantes como estrellas, lunas y planetas para la navegación. Los instrumentos utilizan estos objetos para determinar la orientación de las naves espaciales y pueden definir su distancia de los objetos utilizando los ángulos entre ellos.
    • Cuando una nave espacial se acerca a un cuerpo celeste, el objeto comienza a llenar el campo de visión de la cámara. Luego, los ingenieros de navegación derivan la distancia de una nave espacial al cuerpo utilizando su extremidad, el borde aparente del cuerpo, y el centroide, o centro geométrico.
    • En el acercamiento más cercano de una nave espacial, La navegación relativa al terreno utiliza imágenes de cámara y procesamiento informático para identificar características superficiales conocidas y calcular el rumbo de una nave espacial en función de la ubicación de esas características en modelos o imágenes de referencia.

    GPS y GNSS de señal débil

    La NASA está desarrollando capacidades que permitirán que las misiones en la luna aprovechen las señales de las constelaciones del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) como el GPS de EE. UU. Estas señales, que ya se utilizan en muchas naves espaciales en órbita terrestre, mejorarán la sincronización, mejorar la precisión de posicionamiento, y ayudar a los sistemas de navegación autónomos en el espacio cislunar y lunar.

    En 2023, el Experimento del Receptor Lunar GNSS (LuGRE), desarrollado en asociación con la Agencia Espacial Italiana, demostrará y perfeccionará esta capacidad en la cuenca del Mare Crisium de la luna. LuGRE volará en una misión de servicios de carga útil lunar comercial entregada por Firefly Aerospace de Cedar Park, Texas. La NASA utilizará los datos recopilados de LuGRE para perfeccionar los sistemas operativos GNSS lunares para futuras misiones.

    Conceptualización artística de los astronautas de Artemisa que utilizan los servicios LunaNet en la luna. un enfoque único para las comunicaciones y la navegación lunares. La arquitectura de comunicaciones y navegación de LunaNet permitirá la navegación de precisión requerida para misiones tripuladas a la luna y colocará a nuestros astronautas más cerca de sitios lunares científicamente significativos. mejorar la producción científica de nuestras misiones. Crédito:NASA / Resse Patillo

    Navegación autónoma

    El software de navegación autónoma aprovecha las mediciones como radiometría, celestial navigation, altimetría, terrain-relative navigation, and GNSS to perform navigation onboard without contact with operators or assets on Earth, enabling spacecraft to maneuver independently of terrestrial mission controllers. This level of autonomy enables responsiveness to the dynamic space environment.

    Autonomous navigation can be particularly useful for deep space exploration, where the communications delay can hamper in-situ navigation. Por ejemplo, missions at Mars must wait eight to 48 minutes for round trip communications with Earth depending on orbital dynamics. During critical maneuvers, spacecraft need the immediate decision-making that autonomous software can provide.

    LunaNet Navigation Services

    LunaNet is a unique communications and navigation architecture developed by NASA's Space Communications and Navigation (SCaN) program. LunaNet's common standards, protocolos, and interface requirements will extend internetworking to the moon, offering unprecedented flexibility and access to data.

    For navigation, the LunaNet approach offers operational independence and increased precision by combining many of the methods above into a seamless architecture. LunaNet will provide missions with access to key measurements for precision navigation in lunar space.


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