Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL), La Goonhilly Earth Station (GES) e l'Agenzia spaziale europea (ESA) hanno firmato oggi un accordo di collaborazione per i servizi di supporto alle missioni lunari commerciali allo Space Symposium di Colorado Springs. Questa innovativa partnership commerciale per l'esplorazione mira a sviluppare un'infrastruttura lunare europea di telecomunicazioni e navigazione, compresa la consegna di carichi utili e nanosat all'orbita lunare. Attestazione:SSTL
La missione Lunar Pathfinder dell'ESA sulla luna trasporterà un avanzato ricevitore di navigazione satellitare, per eseguire la prima correzione di posizionamento del navigatore satellitare in orbita lunare. Questo carico utile sperimentale segna un passo preliminare in un ambizioso piano dell'ESA per espandere la copertura affidabile del navigatore satellitare, così come i collegamenti di comunicazione, agli esploratori intorno e, infine, sulla luna durante questo decennio.
Previsto per il lancio entro la fine del 2023 nell'orbita lunare, il comsat pubblico-privato Lunar Pathfinder offrirà servizi di trasmissione dati commerciali alle missioni lunari, estendendo anche i limiti operativi dei segnali del navigatore satellitare.
I satelliti di navigazione come la costellazione europea Galileo hanno lo scopo di fornire posizionamento, servizi di navigazione e cronometraggio per il nostro pianeta, quindi la maggior parte dell'energia delle loro antenne di navigazione si irradia direttamente verso il disco terrestre, bloccando il suo utilizzo per gli utenti più lontani nello spazio.
"Ma questa non è tutta la storia, " spiega Javier Ventura-Traveset, dirigendo il Galileo Navigation Science Office dell'ESA e coordinando le attività di navigazione lunare dell'ESA. "I modelli dei segnali di navigazione si irradiano anche lateralmente, come la luce di una torcia, e i test precedenti mostrano che questi "lobi laterali" dell'antenna possono essere utilizzati per il posizionamento, purché siano implementati ricevitori adeguati."
Proprio come le persone o le auto a terra, i satelliti in orbita terrestre bassa fanno molto affidamento sui segnali del navigatore satellitare per determinare la loro posizione orbitale, e poiché l'ESA ha dimostrato che il posizionamento in orbita più alta era possibile, un numero crescente di satelliti in orbita geostazionaria oggi impiega ricevitori per navigatori satellitari.
La costellazione completa di Galileo sarà composta da 24 satelliti lungo tre piani orbitali, più due satelliti di riserva per orbita. Il risultato sarà la flotta più grande d'Europa, fornendo una copertura di navigazione mondiale. Credito:ESA-P. Carril
Ma l'orbita geostazionaria è alta 35 786 km, mentre la luna è più di dieci volte più lontana, a una distanza media di 384 000 km. Nel 2019 invece, La missione multiscala magnetosferica della NASA ha acquisito segnali GPS per eseguire una correzione e determinare la sua orbita da 187 166 km di distanza, vicino alla metà della distanza Terra-Luna.
Javier aggiunge:"Questa prova sperimentale di successo ci fornisce un'elevata fiducia poiché il ricevitore che imbarcheremo su Lunar Pathfinder avrà una sensibilità significativamente migliorata, utilizzerà sia i segnali Galileo che quelli GPS e disporrà anche di un'antenna satellitare ad alto guadagno."
L'antenna principale di questo ricevitore ad alta sensibilità è stata sviluppata attraverso il General Support Technology Program dell'ESA, con l'unità principale del ricevitore sviluppata attraverso il programma di innovazione e supporto alla navigazione dell'ESA, NAVISP.
Il progetto del ricevitore è guidato dall'ingegnere di navigazione dell'ESA Pietro Giordano:"Il ricevitore ad alta sensibilità sarà in grado di rilevare segnali molto deboli, milioni di volte più deboli di quelli ricevuti sulla Terra. L'uso di filtri orbitali avanzati a bordo consentirà di ottenere una precisione di determinazione dell'orbita senza precedenti su base autonoma".
Satelliti di navigazione, come l'europeo Galileo, il GPS americano, i Glonass russi o i loro giapponesi, Controparti cinesi e indiane:puntano le antenne direttamente sulla Terra. Qualsiasi satellite in orbita sopra queste costellazioni può solo sperare di rilevare segnali dall'altra parte della Terra, ma la maggioranza è bloccata dal pianeta. Per una correzione della posizione, un ricevitore satellitare richiede un minimo di quattro satelliti per essere visibile, ma questo è il più delle volte non possibile se basato esclusivamente su segnali frontali. Anziché, i ricevitori dei navigatori satellitari in orbite più elevate possono utilizzare i segnali emessi lateralmente dalle antenne di navigazione, all'interno dei cosiddetti "lobi laterali". Proprio come una torcia, le antenne radio irradiano energia lateralmente e direttamente in avanti. Credito:ESA
Il ricevitore di Lunar Pathfinder è progettato per raggiungere una precisione di posizionamento di circa 100 m, più accurata del tradizionale rilevamento del suolo.
La disponibilità del navigatore satellitare consentirà l'esecuzione della 'Precise Orbit Determination' per i satelliti lunari, osserva Werner Enderle, Capo dell'Ufficio di supporto alla navigazione dell'ESA:"La determinazione dell'orbita tradizionale per i satelliti in orbita lunare viene eseguita mediante radioranging, utilizzando stazioni di terra nello spazio profondo. Questa dimostrazione di Lunar Pathfinder sarà una pietra miliare nella navigazione lunare, cambiando l'intero approccio. Non solo aumenterà l'autonomia dei veicoli spaziali e migliorerà la precisione dei risultati, aiuterà anche a ridurre i costi operativi."
Mentre le orbite lunari sono spesso instabili, con satelliti in orbita bassa attirati fuori rotta dalle concentrazioni di massa bitorzoluta o "mascons" che compongono la luna, Lunar Pathfinder dovrebbe adottare un'orbita ellittica "congelata" altamente stabile, focalizzato sul polo sud lunare, un obiettivo principale per future spedizioni.
La Terra e le sue costellazioni del navigatore dovrebbero rimanere in vista di Lunar Pathfinder per la maggior parte dei test. La sfida principale sarà superare la geometria limitata dei segnali dei navigatori satellitari provenienti tutti dalla stessa parte del cielo, insieme alla bassa potenza del segnale.
Un'immagine ad alta definizione della pianura lavica di Marte Australe sulla luna scattata dall'orbita lunare giapponese Kaguya nel novembre 2007. Credito:JAXA/NHK
La dimostrazione da parte di Lunar Pathfinder che i segnali del navigatore satellitare terrestre possono essere impiegati per navigare nelle orbite lunari sarà un importante passo iniziale nell'iniziativa Moonlight dell'ESA. Supportato da tre Direzioni dell'ESA, moonlight andrà a stabilire un servizio di comunicazione e navigazione lunare.
"Nel prossimo decennio, L'ESA mira a contribuire alla creazione di un'infrastruttura di comunicazione e navigazione comune per tutte le missioni lunari basata su satelliti lunari dedicati, " spiega Bernhard Hufenbach, gestione delle iniziative di commercializzazione e innovazione per l'esplorazione dello spazio presso l'ESA.
"il chiaro di luna consentirà di supportare missioni che non possono utilizzare i segnali del navigatore terrestre, come i lander sul lato opposto e sta progettando di coprire l'attuale divario rispetto alle esigenze espresse dalla comunità dell'esplorazione globale, precisione di posizionamento mira al di sotto di 50 metri."
Oltre a facilitare l'esplorazione lunare, questi segnali del navigatore satellitare potrebbero un giorno diventare uno strumento per la scienza a pieno titolo, Usato, Per esempio, eseguire la riflettometria su tutta la superficie lunare; suonando la scarsa e polverosa "esosfera" che circonda la luna o fornendo un segnale di riferimento temporale comune attraverso la luna, da utilizzare per esperimenti fondamentali di fisica o astronomia.
Così, oltre a segnare una prima assoluta nella storia della navigazione satellitare, Javier osserva che l'esperimento del navigatore satellitare di Lunar Pathfinder avrà conseguenze maggiori:"Questa diventerà la prima dimostrazione in assoluto della ricezione GPS e Galileo in orbita lunare, aprendo la porta a un modo completo per navigare nell'astronave nello spazio profondo, consentendo l'esplorazione umana della luna."
