La sonda Chang'e-4 de China marcó el primer aterrizaje suave de una nave espacial en el lado lejano de la Luna, que siempre se aleja de la Tierra. Para comunicarse con estaciones terrestres, Chang'e-4 se basa en Queqiao, un satélite de comunicación de retransmisión que orbita un punto detrás de la Luna y une la Tierra y Chang'e-4. En una revisión reciente, Los investigadores explican el diseño de Queqiao y describen el futuro de los sistemas de comunicación de relés lunares.

Debido a un fenómeno llamado bloqueo gravitacional, la Luna siempre mira a la Tierra desde el mismo lado. Esto resultó útil en las primeras misiones de aterrizaje lunar en el siglo XX, ya que siempre hubo una línea de visión directa para las radiocomunicaciones ininterrumpidas entre las estaciones terrestres terrestres y los equipos en la Luna. Sin embargo, El bloqueo gravitacional hace que explorar la cara oculta de la luna, el lado lejano, sea mucho más desafiante, porque las señales no se pueden enviar directamente a través de la Luna hacia la Tierra.

Todavía, en enero de 2019, La sonda lunar china Chang'e-4 marcó la primera vez que una nave espacial aterrizó en el lado opuesto de la Luna. Tanto el módulo de aterrizaje como el rover lunar que transportaba han estado recopilando y enviando imágenes y datos de áreas previamente inexploradas. Pero, ¿cómo se comunica la sonda Chang'e-4 con la Tierra? La respuesta es Queqiao, un satélite de comunicaciones de retransmisión, explica el Dr. Lihua Zhang de DFH Satellite Co., Limitado., Porcelana.

Como lo explicó el Dr. Zhang en un artículo de revisión publicado recientemente en Espacio:ciencia y tecnología , Queqiao es un satélite sin precedentes diseñado específicamente para un propósito:actuar como un puente entre la sonda Chang'e-4 y la Tierra. Queqiao se lanzó en 2018 y se puso en órbita alrededor de un punto "detrás" de la Luna. Este punto se conoce como el punto 2 de Libración Tierra-Luna, donde un caso especial de equilibrio gravitacional permite a Queqiao mantener una órbita tal que tiene una línea de visión directa casi constante tanto con el lado lejano de la Luna como con la Tierra. Poner el satélite en esta peculiar órbita requirió una cuidadosa planificación y gestión de mantenimiento, y el éxito de esta operación sentó un precedente para futuros intentos de poner satélites en órbita alrededor de otros puntos de libración Tierra-Luna.

Desde su lugar estable en el espacio, Queqiao ayudó a guiar las operaciones de aterrizaje suave y de superficie de la sonda Chang'e-4 y ha sido nuestro intermediario desde entonces. El satélite está equipado con dos tipos diferentes de antenas:una antena parabólica y varias antenas espirales. El primero, que tiene un gran diámetro de 4,2 m, fue diseñado para enviar y recibir señales en la banda X (7-8GHz) hacia y desde el rover y el módulo de aterrizaje en la superficie de la Luna. Su gran tamaño está relacionado con los niveles de ruido esperados y la baja intensidad de las transmisiones que envían los equipos de superficie.

Por otra parte, las antenas espirales operan en la banda S (2-4 GHz) y se comunican con estaciones terrestres terrestres, reenviar comandos al equipo de la superficie lunar e intercambiar datos de telemetría y seguimiento. Más destacado, todos estos diferentes enlaces pueden transmitir y recibir simultáneamente, lo que hace que Queqiao sea muy versátil. El documento de revisión aborda otras consideraciones de diseño importantes para Queqiao y futuros satélites de retransmisión, como el uso de reenvío regenerativo, las diversas velocidades de datos de enlace involucradas, y sistemas de almacenamiento de datos para cuando no se pueda acceder a ninguna estación terrestre.

Más de dos años de exploración, Se ha recibido una gran cantidad de datos del rover y el módulo de aterrizaje a través de Queqiao. "Los científicos tanto de China como de otros países han realizado análisis e investigación basados ​​en los datos recuperados, y han producido valiosos resultados científicos. Cuanto más larga sea la vida operativa de Queqiao, los resultados más científicos se lograrán, ", comenta el Dr. Zhang. Según las predicciones actuales, Queqiao debería estar operativo en la órbita de la misión durante al menos cinco años.

El Dr. Zhang también se refirió a las perspectivas de futuras misiones lunares y cómo los sistemas de comunicación por retransmisión deberían evolucionar para apoyarlas. Muchas áreas inexploradas en la Luna, como el cráter más grande del Polo Sur, solicitar múltiples satélites de retransmisión para mantener enlaces de comunicación constantes, lo que plantea un desafío costoso y que requiere mucho tiempo. Pero, ¿y si los satélites de retransmisión fueran adecuados para más de una misión? "Debería establecerse una infraestructura de comunicación y navegación sostenible para beneficiar a todas las misiones lunares en lugar de ocuparse de cada misión de forma independiente, "comenta el Dr. Zhang." Esta infraestructura debe adoptar una arquitectura abierta y extensible y proporcionar interoperable, soporte cruzado, y servicios de comunicaciones compatibles, que son fundamentales para el éxito de futuras exploraciones lunares ". Es probable que los esfuerzos futuros en el lado lejano de la Luna sean una prueba de qué tan bien podemos cooperar para revelar los secretos de nuestro satélite natural.