Ny NASA radarteknik finder tabt månens rumfartøj

At finde forladte rumfartøjer og rumaffald i Jordens kredsløb kan være en teknologisk udfordring. Det er endnu sværere at opdage disse objekter i kredsløb om Jordens måne. Optiske teleskoper er ikke i stand til at søge efter små objekter gemt i månens klare skær. Imidlertid, en ny teknologisk anvendelse af interplanetarisk radar udviklet af forskere ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, har med succes lokaliseret rumfartøjer, der kredser om månen - et aktivt, og en i dvale. Denne nye teknik kan hjælpe planlæggere af fremtidige månemissioner.

"Vi har været i stand til at opdage NASAs Lunar Reconnaissance Orbiter [LRO] og den indiske rumforskningsorganisations Chandrayaan-1 rumfartøj i månekredsløb med jordbaseret radar, sagde Marina Brozovic, en radarforsker ved JPL og hovedefterforsker for testprojektet. "Det var relativt nemt at finde LRO, da vi arbejdede med missionens navigatører og havde præcise kredsløbsdata, hvor den var placeret. At finde Indiens Chandrayaan-1 krævede lidt mere detektivarbejde, fordi den sidste kontakt med rumfartøjet var i august 2009."

Tilføj til blandingen, at Chandrayaan-1 rumfartøjet er meget lille, en terning omkring fem fod (1,5 meter) på hver side - omkring halvdelen af ​​størrelsen på en smart bil. Selvom den interplanetariske radar er blevet brugt til at observere små asteroider flere millioner miles fra Jorden, forskere var ikke sikre på, at et objekt af denne mindre størrelse så langt væk som månen kunne detekteres, selv med verdens kraftigste radarer. Chandrayaan-1 viste sig at være det perfekte mål til at demonstrere evnen til denne teknik.

Mens de alle bruger mikrobølger, ikke alle radarsendere er skabt lige. Den gennemsnitlige politiradarpistol har en operationel rækkevidde på omkring en mile, mens flyvekontrolradaren går til omkring 60 miles. For at finde et rumfartøj 237, 000 miles (380, 000 kilometer) væk, JPLs team brugte NASAs 70 meter (230 fod) antenne på NASAs Goldstone Deep Space Communications Complex i Californien til at sende en kraftig stråle af mikrobølger rettet mod månen. Derefter blev radarekkoerne, der vendte tilbage fra månens kredsløb, modtaget af det 100 meter lange Green Bank Telescope i West Virginia.

At finde et forladt rumfartøj på månens afstand, som ikke er blevet sporet i årevis, er vanskeligt, fordi månen er fyldt med mascons (regioner med højere end gennemsnittet tyngdekraft), som dramatisk kan påvirke et rumfartøjs kredsløb over tid, og endda få den til at have styrtet ind i månen. JPL's orbitalberegninger indikerede, at Chandrayaan-1 stadig cirkler omkring 124 miles (200 kilometer) over månens overflade, men det blev generelt betragtet som "tabt".

Imidlertid, med Chandrayaan-1, radarholdet brugte det faktum, at dette rumfartøj er i polar kredsløb om månen, så det ville altid krydse over månepolerne på hver bane. Så, den 2. juli, 2016, holdet pegede Goldstone og Green Bank på et sted omkring 100 miles (160 kilometer) over månens nordpol og ventede på at se, om det tabte rumfartøj krydsede radarstrålen. Chandrayaan-1 blev forudsagt at gennemføre et kredsløb om månen hver anden time og 8 minutter. Noget, der havde en radarsignatur af et lille rumfartøj, krydsede strålen to gange i løbet af fire timers observationer, og tidspunkterne mellem detektioner matchede den tid, det ville tage Chandrayaan-1 at fuldføre en bane og vende tilbage til den samme position over månens pol.

Holdet brugte data fra retursignalet til at estimere dets hastighed og afstanden til målet. Denne information blev derefter brugt til at opdatere orbital forudsigelser for Chandrayaan-1.

"Det viser sig, at vi var nødt til at flytte placeringen af ​​Chandrayaan-1 med omkring 180 grader, eller en halv cyklus fra de gamle orbitale skøn fra 2009, " sagde Ryan Park, lederen af ​​JPL's Solar System Dynamics-gruppe, som leverede den nye bane tilbage til radarholdet. "Men ellers Chandrayaan-1's bane havde stadig den form og justering, som vi forventede."

Radarekoer fra rumfartøjet blev opnået syv gange mere over tre måneder og er i perfekt overensstemmelse med de nye baneforudsigelser. Nogle af de opfølgende observationer blev udført med Arecibo Observatory i Puerto Rico, som har det kraftigste astronomiske radarsystem på Jorden. Arecibo drives af National Science Foundation med finansiering fra NASAs Planetary Defense Coordination Office til radarkapaciteten.

At jage LRO og genopdage Chandrayaan-1 har givet starten til en unik ny kapacitet. Arbejde sammen, de store radarantenner ved Goldstone, Arecibo og Green Bank demonstrerede, at de kan detektere og spore selv små rumfartøjer i månens kredsløb. Jordbaserede radarer kan muligvis spille en rolle i fremtidige robot- og menneskelige missioner til månen, både for et værktøj til vurdering af kollisionsfare og som en sikkerhedsmekanisme for rumfartøjer, der støder på navigations- eller kommunikationsproblemer.