La sonda cinese Chang'e-4 ha segnato il primo atterraggio morbido di un veicolo spaziale sul lato opposto della Luna, che guarda sempre lontano dalla Terra. Per comunicare con le stazioni di terra, Chang'e-4 si affida a Queqiao, un satellite di comunicazione relè che orbita un punto dietro la Luna e collega la Terra e Chang'e-4. In una recente recensione, i ricercatori spiegano il design di Queqiao e descrivono il futuro dei sistemi di comunicazione a relè lunari.

A causa di un fenomeno chiamato blocco gravitazionale, la Luna guarda sempre la Terra dallo stesso lato. Ciò si è rivelato utile nelle prime missioni di sbarco lunare nel 20 ° secolo, poiché c'era sempre una linea di vista diretta per comunicazioni radio ininterrotte tra le stazioni terrestri terrestri e le apparecchiature sulla Luna. Però, il blocco gravitazionale rende l'esplorazione della faccia nascosta della luna, il lato opposto, molto più impegnativo, perché i segnali non possono essere inviati direttamente attraverso la Luna verso la Terra.

Ancora, nel gennaio 2019, La sonda lunare cinese Chang'e-4 ha segnato la prima volta che un'astronave è atterrata sul lato opposto della Luna. Sia il lander che il rover lunare che trasportava hanno raccolto e inviato immagini e dati da aree precedentemente inesplorate. Ma come comunica la sonda Chang'e-4 con la Terra? La risposta è Queqiao, un satellite di comunicazione relè, spiega la dott.ssa Lihua Zhang della DFH Satellite Co., srl, Cina.

Come spiegato dal Dr. Zhang in un articolo di revisione recentemente pubblicato su Spazio:scienza e tecnologia , Queqiao è un satellite senza precedenti progettato specificamente per uno scopo:fungere da ponte tra la sonda Chang'e-4 e la Terra. Queqiao è stato lanciato nel 2018 e messo in orbita attorno a un punto "dietro" la Luna. Questo punto è noto come punto di librazione Terra-Luna 2, dove un caso speciale di equilibrio gravitazionale consente a Queqiao di mantenere un'orbita tale da avere una linea di vista diretta quasi costante sia con il lato opposto della Luna che con la Terra. Portare il satellite in questa peculiare orbita ha richiesto un'attenta pianificazione e gestione della manutenzione, e il successo di questa operazione ha creato un precedente per futuri tentativi di mettere in orbita satelliti attorno ad altri punti di librazione Terra-Luna.

Dal suo posto stabile nello spazio, Queqiao ha aiutato a guidare le operazioni di atterraggio morbido e di superficie della sonda Chang'e-4 e da allora è stato il nostro intermediario con essa. Il satellite è dotato di due diversi tipi di antenne:un'antenna parabolica e diverse antenne a spirale. L'ex, che ha un grande diametro di 4,2 m, è stato progettato per inviare e ricevere segnali sulla banda X (7-8GHz) da e verso il rover e il lander sulla superficie della Luna. Le sue grandi dimensioni sono legate ai livelli di rumorosità previsti e alla bassa intensità delle trasmissioni che vengono inviate dalle apparecchiature di superficie.

D'altra parte, le antenne a spirale operano sulla banda S (2-4 GHz) e comunicano con le stazioni terrestri di terra, inoltrare comandi all'apparecchiatura della superficie lunare e scambiare dati di telemetria e tracciamento. Soprattutto, tutti questi diversi collegamenti possono trasmettere e ricevere contemporaneamente, rendendo Queqiao altamente versatile. Il documento di revisione affronta altre importanti considerazioni di progettazione per Queqiao e futuri satelliti relè, come l'uso dell'inoltro rigenerativo, le varie velocità di collegamento dei dati coinvolte, e sistemi di archiviazione dati per quando nessuna stazione terrestre è accessibile.

In due anni di esplorazione, una grande quantità di dati è stata ricevuta dal rover e dal lander tramite Queqiao. "Scienziati sia in Cina che in altri paesi hanno condotto analisi e ricerche sulla base dei dati recuperati, e hanno prodotto preziosi risultati scientifici. Più lunga è la vita operativa di Queqiao, più risultati scientifici saranno raggiunti, " osserva il dottor Zhang. Sulla base delle previsioni attuali, Queqiao dovrebbe essere operativo in orbita di missione per almeno cinque anni.

Il Dr. Zhang ha anche affrontato le prospettive per le future missioni lunari e come i sistemi di comunicazione a relè dovrebbero evolversi per supportarli. Molte aree inesplorate sulla Luna, come il più grande cratere al Polo Sud, richiedere più satelliti relè per mantenere collegamenti di comunicazione costanti, che rappresenta una sfida costosa e che richiede tempo. Ma cosa accadrebbe se i satelliti relè fossero adatti a più di una singola missione? "Un'infrastruttura di comunicazione e navigazione sostenibile dovrebbe essere istituita a beneficio di tutte le missioni lunari piuttosto che occuparsi di ciascuna missione in modo indipendente, " commenta il Dr. Zhang. "Questa infrastruttura dovrebbe adottare un'architettura aperta ed estensibile e fornire flessibilità, interoperabile, cross-supportabile, e servizi di comunicazione compatibili, che sono fondamentali per il successo delle future esplorazioni lunari." È probabile che i futuri sforzi sul lato opposto della Luna saranno una prova di quanto bene possiamo cooperare per svelare i segreti del nostro satellite naturale.