NASA-månemissionen skal slå rekord i navigationssignaltest

Mens Artemis-missionerne rejser til månen og NASA planlægger den lange rejse til Mars, vil nye navigationsmuligheder være nøglen til videnskab, opdagelse og menneskelig udforskning.

Gennem NASAs Commercial Lunar Payload Services-initiativ vil Firefly Aerospace fra Cedar Park, Texas, levere en eksperimentel nyttelast til månens Mare Crisium-bassin. NASAs Lunar GNSS Receiver Experiment (LuGRE) nyttelast vil for første gang teste en kraftfuld ny månenavigationsfunktion ved hjælp af Jordens Global Navigation Satellite System (GNSS) signaler ved månen. GNSS refererer til satellitkonstellationer, der almindeligvis bruges til positions-, navigations- og timingtjenester på Jorden. GPS – GNSS-konstellationen, der drives af U.S. Space Force – er den, mange amerikanere kender til og bruger til daglig.

"I dette tilfælde skubber vi grænsen for, hvad GNSS var beregnet til at gøre - det vil sige at udvide rækkevidden af ​​systemer, der er bygget til at levere tjenester til terrestriske, luftfarts- og maritime brugere til også at omfatte den hurtigt voksende rumsektor," sagde J.J. Miller, vicedirektør for politik og strategisk kommunikation for NASA's Space Communications and Navigation (SCaN) program. "Dette vil i høj grad forbedre præcisionen og modstandsdygtigheden af ​​det, der var tilgængeligt under Apollo-missionerne, og give mulighed for mere fleksibel udstyr og operationelle scenarier."

LuGRE – udviklet i samarbejde med den italienske rumfartsorganisation (ASI) – vil modtage signaler fra både GPS og den europæiske GNSS-konstellation, Galileo, og bruge dem til at beregne de første GNSS-placeringsfixes nogensinde i transit til månen og på månens overflade .

"Rummissioner tæt på Jorden har længe været afhængige af GNSS til deres navigation og tidtagning," sagde Joel Parker, LuGRE hovedefterforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "I de seneste år har NASA og det internationale samfund rykket grænserne for, hvad der blev anset for muligt ved at bruge disse teknikker i Space Service Volume og videre."

Missioner i GNSS Space Service Volume - fra omkring 1.800 miles til 22.000 miles i højden - modtager signaler, der løber forbi Jordens kant fra GNSS-satellitter på den modsatte side af planeten. De første Space Service Volume-eksperimenter fandt sted omkring begyndelsen af ​​det nye årtusinde. Siden da har adskillige missioner i Space Service Volume pålideligt brugt GNSS til at navigere.

I 2016 brugte NASA's Magnetospheric Multiscale Mission (MMS) GPS operationelt på rekordhøje 43.500 miles fra Jorden. Så, i 2019, slog MMS sin egen rekord ved at fastlægge sin placering med GPS i 116.300 miles fra Jorden - næsten halvvejs til månen.

I disse ekstreme højder har missioner brug for ekstremt følsomme GNSS-modtagere. LuGRE-missionen vil bruge en specialiseret svagsignalmodtager udviklet af Qascom, en italiensk virksomhed, der er specialiseret i cybersikkerhed i rummet og satellitnavigationssikkerhedsløsninger, og finansieret af ASI.

LuGRE-hold tester nu nyttelasten som forberedelse til at levere den til integration på Firefly "Blue Ghost"-landeren i november i år. Lancering er i øjeblikket planlagt til tidligst 2024 fra Cape Canaveral, Florida, ombord på en SpaceX Falcon 9-raket.

Under flerugersflyvningen til månen vil LuGRE indsamle GNSS-signaler og udføre navigationseksperimenter i forskellige højder og i månens kredsløb. Efter landing vil LuGRE installere sin antenne og påbegynde 12 dages dataindsamling med potentiale for udvidede missionsoperationer også. NASA og ASI vil behandle og analysere data downlinket til Jorden og derefter dele resultater offentligt.

"LuGRE er den seneste indsats i en lang række af missioner designet til at udvide GNSS-kapaciteter i høj højde," sagde Fabio Dovis, LuGRE co-principal investigator ved den italienske rumfartsorganisation. "Vi har udviklet et banebrydende eksperiment, der vil fungere som grundlaget for operationelle GNSS-systemer på månen."

LuGRE-missionen søger at sætte gang i yderligere udvikling af GNSS-baserede navigationsmuligheder nær og på månen, selvom NASA planlægger at begynde at bruge GNSS i stor højde operationelt til fremtidige månemissioner. NASA og ASI vil bringe resultaterne af dette arbejde videre til rumsamfundet gennem Den Internationale Komité for GNSS, et FN-forum med fokus på at sikre interoperabilitet af GNSS-signaler. Disse egenskaber er også et vigtigt skridt på vejen mod opbygningen af ​​LunaNet, en arkitektur, der vil forene samarbejdsnetværk til problemfri månekommunikation og navigationstjenester.

"Måneleverancerne, vi henter fra kommercielle leverandører, giver en række innovative nye teknologier og muligheder for at udføre eksperimenter med overkommelig adgang til månens overflade," sagde Jay Jenkins, Commercial Lunar Payload Services Program Executive. "LuGRE er et eksempel på de fremskridt, som regeringen og industrien kan gøre, når de er forenet i deres efterforskningsmål."

Udvikling af nye anvendelser af GNSS til nye rumoperationer er en prioritet for SCaN-programmet i NASAs hovedkvarter, som den ledende organisation, der er ansvarlig for at implementere vejledning fra Space Policy Directive-7, som pålægger NASA at udvikle krav til GPS-understøttelse af rumoperationer og videnskab i højere baner og videre ind i det cislunære rum. + Udforsk yderligere

NASA-ingeniører analyserer navigationsbehovene for Artemis-månemissioner