Rendering artistico di LuGRE e delle costellazioni GNSS. In realtà, le costellazioni GNSS basate sulla Terra occupano meno di 10 gradi nel cielo, come si vede dalla Luna. Credito:NASA/Dave Ryan
Mentre le missioni Artemis viaggiano sulla luna e la NASA pianifica il lungo viaggio su Marte, le nuove capacità di navigazione saranno fondamentali per la scienza, la scoperta e l'esplorazione umana.
Attraverso l'iniziativa Commercial Lunar Payload Services della NASA, Firefly Aerospace di Cedar Park, Texas, consegnerà un carico utile sperimentale al bacino del Mare Crisium della luna. Il carico utile Lunar GNSS Receiver Experiment (LuGRE) della NASA metterà alla prova una nuova potente capacità di navigazione lunare utilizzando per la prima volta i segnali GNSS (Global Navigation Satellite System) della Terra sulla luna. GNSS si riferisce alle costellazioni satellitari comunemente utilizzate per i servizi di posizione, navigazione e cronometraggio sulla Terra. Il GPS, la costellazione GNSS gestita dalla US Space Force, è quella che molti americani conoscono e utilizzano quotidianamente.
"In questo caso, stiamo spingendo i limiti di ciò che il GNSS doveva fare, ovvero ampliare la portata dei sistemi costruiti per fornire servizi agli utenti terrestri, aerei e marittimi per includere anche il settore spaziale in rapida crescita", ha affermato J.J. Miller, vicedirettore della politica e delle comunicazioni strategiche per il programma Space Communications and Navigation (SCaN) della NASA. "Ciò migliorerà notevolmente la precisione e la resilienza di ciò che era disponibile durante le missioni Apollo e consentirà equipaggiamenti e scenari operativi più flessibili."
LuGRE, sviluppato in collaborazione con l'Agenzia Spaziale Italiana (ASI), riceverà segnali sia dal GPS che dalla costellazione GNSS europea, Galileo, e li utilizzerà per calcolare i primi fix GNSS in assoluto in transito sulla luna e sulla superficie lunare .
Un grafico che dettaglia le diverse aree di copertura GNSS. Credito:NASA/Danny Baird
"Le missioni spaziali vicino alla Terra si affidano da tempo al GNSS per la navigazione e il cronometraggio", ha affermato Joel Parker, ricercatore principale di LuGRE presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. "Negli ultimi anni, la NASA e la comunità internazionale hanno spinto i confini di ciò che era considerato possibile utilizzando queste tecniche nello Space Service Volume e oltre."
Le missioni nel volume del servizio spaziale GNSS, da circa 1.800 miglia a 22.000 miglia di altitudine, ricevono segnali che oltrepassano il confine terrestre dai satelliti GNSS sul lato opposto del pianeta. I primi esperimenti di Space Service Volume si sono verificati intorno all'alba del nuovo millennio. Da allora, numerose missioni nello Space Service Volume hanno utilizzato in modo affidabile il GNSS per navigare.
Nel 2016, la Magnetospheric Multiscale Mission (MMS) della NASA ha utilizzato il GPS operativamente a una distanza record di 43.500 miglia dalla Terra. Poi, nel 2019, l'MMS ha battuto il proprio record fissando la sua posizione con il GPS a 116.300 miglia dalla Terra, quasi a metà strada dalla luna.
A queste altitudini estreme, le missioni necessitano di ricevitori GNSS estremamente sensibili. La missione LuGRE utilizzerà un ricevitore specializzato per segnali deboli sviluppato da Qascom, azienda italiana specializzata in soluzioni per la sicurezza informatica spaziale e la sicurezza della navigazione satellitare, e finanziato dall'ASI.
I team LuGRE stanno ora testando il carico utile in preparazione per fornirlo per l'integrazione sul lander Firefly "Blue Ghost" nel novembre di quest'anno. Il lancio è attualmente previsto non prima del 2024 da Cape Canaveral, in Florida, a bordo di un razzo SpaceX Falcon 9.
Durante il volo di più settimane verso la luna, LuGRE raccoglierà segnali GNSS ed eseguirà esperimenti di navigazione a diverse altitudini e in orbita lunare. Dopo l'atterraggio, LuGRE dispiegherà la sua antenna e inizierà 12 giorni di raccolta dati, con il potenziale anche per operazioni di missione estese. La NASA e l'ASI elaboreranno e analizzeranno i dati trasferiti sulla Terra e quindi condivideranno i risultati pubblicamente.
"LuGRE è l'ultimo sforzo di una lunga serie di missioni progettate per espandere le capacità GNSS ad alta quota", ha affermato Fabio Dovis, co-principal investigator LuGRE presso l'Agenzia Spaziale Italiana. "Abbiamo sviluppato un esperimento all'avanguardia che servirà da base per i sistemi GNSS operativi sulla luna."
La missione LuGRE cerca di stimolare l'ulteriore sviluppo delle capacità di navigazione basate sul GNSS vicino e sulla luna, anche se la NASA prevede di iniziare a utilizzare operativamente il GNSS ad alta quota per le future missioni lunari. La NASA e l'ASI porteranno i risultati di questo lavoro alla comunità spaziale attraverso l'International Committee on GNSS, un forum delle Nazioni Unite incentrato sulla garanzia dell'interoperabilità dei segnali GNSS. Queste capacità sono anche un trampolino di lancio fondamentale verso la costruzione di LunaNet, un'architettura che unirà le reti cooperative in comunicazioni lunari e servizi di navigazione senza interruzioni.
"Le consegne lunari che stiamo acquistando da fornitori commerciali stanno fornendo una serie di nuove tecnologie innovative e opportunità per condurre esperimenti con un accesso conveniente alla superficie lunare", ha affermato Jay Jenkins, Esecutivo del programma dei servizi di carico utile lunare commerciale. "LuGRE è un esempio dei progressi che il governo e l'industria possono fare quando uniti nei loro obiettivi di esplorazione."
Lo sviluppo di nuovi usi del GNSS per le operazioni spaziali emergenti è una priorità per il programma SCaN presso la sede della NASA, in quanto organizzazione principale responsabile dell'attuazione delle linee guida della Space Policy Directive-7, che dirige la NASA a sviluppare requisiti per il supporto GPS delle operazioni spaziali e della scienza in orbite superiori e oltre nello spazio cislunare. + Esplora ulteriormente
