Questa immagine generata al computer mostra la posizione del Chandrayaan-1 nel momento in cui è stata rilevata dal radar del sistema solare di Goldstone il 2 luglio, 2016. Il cerchio viola largo 120 miglia (200 chilometri) rappresenta la larghezza del raggio radar di Goldstone alla distanza lunare. La casella bianca nell'angolo in alto a destra dell'animazione rappresenta la forza dell'eco. All'interno del raggio radar (cerchio viola), l'eco della navicella si alternava tra essere molto forte e molto debole, come il raggio radar diffuso dalle superfici metalliche piatte. Credito:NASA/JPL-Caltech
Trovare veicoli spaziali abbandonati e detriti spaziali nell'orbita terrestre può essere una sfida tecnologica. Rilevare questi oggetti in orbita attorno alla luna terrestre è ancora più difficile. I telescopi ottici non sono in grado di cercare piccoli oggetti nascosti nel bagliore luminoso della luna. Però, una nuova applicazione tecnologica del radar interplanetario introdotta dagli scienziati del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, ha localizzato con successo un veicolo spaziale in orbita attorno alla luna:uno attivo, e uno dormiente. Questa nuova tecnica potrebbe aiutare i pianificatori di future missioni lunari.
"Siamo stati in grado di rilevare il Lunar Reconnaissance Orbiter [LRO] della NASA e la navicella spaziale Chandrayaan-1 dell'Indian Space Research Organization in orbita lunare con radar a terra, "ha detto Marina Brozovic, uno scienziato radar al JPL e investigatore principale per il progetto di test. "Trovare LRO è stato relativamente facile, poiché stavamo lavorando con i navigatori della missione e avevamo dati precisi sull'orbita dove si trovava. Trovare il Chandrayaan-1 indiano ha richiesto un po' più di lavoro investigativo perché l'ultimo contatto con l'astronave è stato nell'agosto del 2009".
Aggiungi al mix che la navicella spaziale Chandrayaan-1 è molto piccola, un cubo di circa cinque piedi (1,5 metri) su ciascun lato, circa la metà delle dimensioni di un'auto intelligente. Sebbene il radar interplanetario sia stato utilizzato per osservare piccoli asteroidi a diversi milioni di miglia dalla Terra, i ricercatori non erano sicuri che un oggetto di queste dimensioni più piccole potesse essere rilevato, lontano quanto la luna, anche con i radar più potenti del mondo. Chandrayaan-1 si è rivelato l'obiettivo perfetto per dimostrare la capacità di questa tecnica.
Mentre tutti usano il microonde, non tutti i trasmettitori radar sono uguali. La pistola radar media della polizia ha un raggio operativo di circa un miglio, mentre il radar del controllo del traffico aereo va a circa 60 miglia. Per trovare una navicella spaziale 237, 000 miglia (380, 000 chilometri) di distanza, Il team di JPL ha utilizzato l'antenna della NASA di 70 metri (230 piedi) presso il Goldstone Deep Space Communications Complex della NASA in California per inviare un potente raggio di microonde diretto verso la luna. Quindi gli echi radar rimbalzati dall'orbita lunare sono stati ricevuti dal Green Bank Telescope di 100 metri (330 piedi) in West Virginia.
Trovare un veicolo spaziale abbandonato a distanza lunare che non è stato rintracciato per anni è complicato perché la luna è piena di mascons (regioni con un'attrazione gravitazionale superiore alla media) che possono influenzare drammaticamente l'orbita di un veicolo spaziale nel tempo, e persino farlo schiantare sulla luna. I calcoli orbitali del JPL hanno indicato che Chandrayaan-1 sta ancora girando intorno a circa 124 miglia (200 chilometri) sopra la superficie lunare, ma era generalmente considerato "perduto".
Immagini radar acquisite della navicella spaziale Chandrayaan-1 mentre sorvolava il polo sud della luna il 3 luglio, 2016. Le immagini sono state acquisite utilizzando l'antenna di 70 metri (230 piedi) della NASA presso il Goldstone Deep Space Communications Complex in California. Questo è uno dei quattro rilevamenti di Chandrayaan-1 da quel giorno. Credito:NASA/JPL-Caltech
Però, con Chandrayaan-1, il team radar ha sfruttato il fatto che questo veicolo spaziale è in orbita polare attorno alla luna, quindi attraverserebbe sempre sopra i poli lunari su ogni orbita. Così, il 2 luglio 2016, il team ha puntato Goldstone e Green Bank in una posizione a circa 100 miglia (160 chilometri) sopra il polo nord della luna e ha aspettato di vedere se la navicella spaziale perduta avesse attraversato il raggio radar. Si prevedeva che Chandrayaan-1 avrebbe completato un'orbita intorno alla luna ogni due ore e 8 minuti. Qualcosa che aveva l'impronta radar di un piccolo veicolo spaziale ha attraversato il raggio due volte durante quattro ore di osservazione, e i tempi tra i rilevamenti corrispondevano al tempo impiegato da Chandrayaan-1 per completare un'orbita e tornare nella stessa posizione sopra il polo lunare.
Il team ha utilizzato i dati del segnale di ritorno per stimare la sua velocità e la distanza dal bersaglio. Queste informazioni sono state poi utilizzate per aggiornare le previsioni orbitali per Chandrayaan-1.
"Si è scoperto che avevamo bisogno di spostare la posizione di Chandrayaan-1 di circa 180 gradi, o mezzo ciclo dalle vecchie stime orbitali del 2009, "ha detto Ryan Park, il manager del gruppo Solar System Dynamics di JPL, che ha restituito la nuova orbita alla squadra radar. "Ma altrimenti, L'orbita di Chandrayaan-1 aveva ancora la forma e l'allineamento che ci aspettavamo".
Gli echi radar dal veicolo spaziale sono stati ottenuti altre sette volte in tre mesi e sono in perfetto accordo con le nuove previsioni orbitali. Alcune delle osservazioni di follow-up sono state fatte con l'Osservatorio di Arecibo a Porto Rico, che ha il più potente sistema radar astronomico sulla Terra. Arecibo è gestito dalla National Science Foundation con il finanziamento dell'Ufficio di coordinamento della difesa planetaria della NASA per la capacità del radar.
La caccia a LRO e la riscoperta di Chandrayaan-1 hanno fornito l'inizio per una nuova capacità unica. Lavorare insieme, le grandi antenne radar di Goldstone, Arecibo e Green Bank hanno dimostrato di poter rilevare e tracciare anche piccoli veicoli spaziali nell'orbita lunare. I radar terrestri potrebbero avere un ruolo nelle future missioni robotiche e umane sulla luna, sia come strumento di valutazione del rischio di collisione che come meccanismo di sicurezza per veicoli spaziali che incontrano problemi di navigazione o comunicazione.
