La luna, donde ningún navegador satelital ha ido antes

Lunar Pathfinder transmitirá las comunicaciones de las misiones orbitales y de superficie. Crédito: STL

La versión beta del exclusivo receptor de navegación por satélite se entregó para realizar pruebas de integración en la nave espacial Lunar Pathfinder. El receptor de navegación por satélite NaviMoon está diseñado para realizar el posicionamiento más remoto desde la Tierra, utilizando señales que serán millones de veces más débiles que las utilizadas por nuestros teléfonos inteligentes o automóviles.


«Esta geometría del receptor NaviMoon es la primera pieza de hardware que se produce en el contexto de la Iniciativa Moonlight de la Agencia Espacial Europea, para desarrollar comunicaciones y servicios de navegación dedicados para la Luna», explica Javier Ventura-Traveset, Jefe de la Oficina de Ciencias de la Navegación de la ESA. . y gestionar todas las actividades de navegación lunar de la Agencia Espacial Europea.

“Volará a bordo de la misión Lunar Pathfinder en órbita alrededor de la Luna, donde conducirá al punto más lejano Satélites El posicionamiento de navegación se ha fijado en absoluto, a una distancia de más de 400.000 km y una precisión de menos de 100 metros. Esto presenta un desafío de ingeniería inusual, porque a esta distancia sería difícil distinguir las débiles señales de Galileo y GPS que usa de ruido de fondo. Esta demostración supondrá un cambio real en el paradigma de navegación en la órbita lunar”.

El Lunar Pathfinder del tamaño de una arandela se está construyendo como una asignación comercial de Surrey Satellite Technology Ltd, SSTL, en el Reino Unido. La Agencia Espacial Europea está financiando sus cargas útiles de invitados, incluido un receptor NaviMoon de 1,4 kg que se colocará junto al transmisor principal de banda X de la nave espacial y lo conectará a la Tierra.

“Recibir hardware físico para una tarea siempre es excelente”, dice Lily Forward, ingeniera de sistemas de SSTL. «Este receptor modelo de ingeniería se integrará en nuestra versión de la misión ‘FlatSat Test Bed’ para probar que todos nuestros sistemas estén conectados y funcionen correctamente juntos, antes de recibir el receptor y la antena del modelo de vuelo a finales de este año».

Esta será la primera misión completa de SSTL más allá de la Tierra, agrega: «Sentado los cimientos para las muchas misiones científicas que vendrán a continuación, Lunar Pathfinder es un satélite de retransmisión de comunicaciones, destinado a servir activos tanto en el lado cercano como en el lejano, y en «Un óvalo congelado lunar» para una cobertura extendida sobre el Polo Sur, un enfoque especial para la exploración futura. Luego, a intervalos regulares, dirigiremos la nave espacial hacia la Tierra para probar el futuro NaviMoon».

Las correcciones de posición de Satnav del receptor se compararán con un rango de radio convencional realizado con un transmisor de banda X de Lunar Pathfinder, así como con un rango láser realizado con un reflector trasero aportado por la NASA y desarrollado por KBR.

“Esta será la primera vez que estas tres técnicas de dominio se utilizan juntas en espacio profundo, «explica el ingeniero de navegación de la ESA, Pietro Giordano». Hay un largo legado del alcance del láser lunar, que se remonta a las misiones Apolo, y el retrorreflectante que usamos es una evolución del Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA. La combinación de todas las tecnologías de rango mejorará aún más la estimación de la órbita, posiblemente más allá de lo que puede lograr el rango de radio.

«En principio, esto podría significar que las futuras misiones podrían navegar por sí mismas a la Luna usando solo señales de navegación por satélite sin ninguna ayuda de la Tierra».

Luna: donde ningún navegador satelital ha ido antes

estación de medición láser. Crédito: ESA

Encontrar señales de navegación por satélite muy débiles

Las señales de navegación por satélite utilizadas aquí en la Tierra ya son tenues, el equivalente a un par de faros de automóviles brillando en toda Europa. Cuando estas señales llegan a la Luna después de viajar distancias de más de 20 veces, se suavizan a través del espacio como las ondas de una piedra esparcida en el agua.

«Añadiendo a la dificultad, los ensamblajes de satélites no están diseñados para enviarse al espacio, sino que mantienen sus antenas orientadas hacia la Tierra», agrega Petro. «Así que confiamos en señales de ‘lóbulo lateral’ mucho más débiles, como la luz que se derrama desde los lados de una linterna. Para poder aprovechar estas señales, recurrimos a un especialista en astronáutica, que tiene técnicas de procesamiento de señales que realmente han demostrado el ingrediente mágico».

SpacePNT, con sede en Suiza, ha supervisado el diseño del futuro NaviMoon. “Comenzamos a trabajar en la idea de ubicar un satélite de distancia lunar en 2013 como un desafío científico”, explica Cyril Butyron, presidente de la empresa.

«La combinación de las señales de Galileo de doble frecuencia con las de los satélites GPS es lo que está empezando a hacerlo posible. A pesar de la alta sensibilidad requerida, el otro gran problema es que todos los satélites de la Luna están en la misma geometría estrecha del cielo alrededor de la Tierra, que gira periódicamente fuera de la vista”.

Luna: donde ningún navegador satelital ha ido antes

Señales del «lóbulo lateral» de Galileo. Crédito: ESA

La solución que ha ideado SpacePNT con más de medio siglo de exploración lunar. La empresa instaló en el receptor un modelo de software dinámico de todas las fuerzas que actúan sobre el satélite, incluidos los efectos gravitatorios de la Luna, la Tierra, el Sol y los planetas, así como el empuje muy leve de la propia luz solar (presión de la radiación solar), junto con factores como el error del reloj y la dirección de la señal de radio. .

Cyril explica: «Dado que estamos experimentando una cierta aceleración, el receptor puede juzgar que lo más probable es que se encuentre en un punto determinado de su órbita. Un receptor de navegación por satélite normalmente necesita señales de cuatro satélites para fijar su posición, pero con este enfoque incluso menos de cuatro señales siguen siendo suficientes para obtener información útil, lo que restringe el modelo para reducir cualquier desviación del error”.

European Engineering & Consultancy, EECL, en el Reino Unido, se ha encargado de convertir el diseño de SpacePNT en hardware completamente probado, así como de diseñar un amplificador de bajo ruido que filtra el ruido para mejorar las señales utilizables.

“El amplificador es un transductor avanzado de doble desplazamiento personalizado que cubre bandas de navegación por satélite de doble frecuencia, sintonizado manualmente utilizando los mejores componentes posibles e incorporando tecnología de disipador de calor para reducir aún más el ruido no deseado”, dice Ben Kieniewicz, fundador de ECCL.

“Además de contribuir a otros aspectos del diseño, también construimos, probamos y entregamos el receptor al SSTL, aprovechando el área calificada de ensamblaje y prueba del espacio”.

Crédito: ESA

Listo para su lanzamiento a finales de 2024, el Lunar Pathfinder proporcionará servicios polares, orbitales y de lado lejano y cercano para las misiones que se lanzarán en los próximos años, sentando las bases para una constelación de satélites integrados de telecomunicaciones y navegación alrededor de la Luna. .

«La Iniciativa Moonlight propone una colocación inicial de tres o cuatro satélites en órbita lunar, proporcionando un mínimo de cinco horas consecutivas de servicio en cualquier período de 24 horas, centrándose en el polo sur lunar donde se planean tentativamente la mayoría de las misiones», agrega Javier. «Nuestro sistema está diseñado para ser escalable y la idea es expandir gradualmente la constelación, lo más probable es que también incluya balizas de superficie en la Luna. Esto permitirá una cobertura total en toda la superficie lunar, una mayor disponibilidad y una precisión excelente: una gran oportunidad para Europa». .»


Galileo Lunar Pathfinder ayudará a circunnavegar la luna


Introducción de
Agencia Espacial Europea

La frase: Moon, Where No Satnav Has Gone Before (20 de abril de 2022) Obtenido el 20 de abril de 2022 de https://phys.org/news/2022-04-moon-satnav.html

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