Decir la hora en la Luna


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27/02/2023
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Una nueva era de exploración lunar está en ascenso, con docenas de misiones lunares planeadas para la próxima década. Europa está a la vanguardia aquí, contribuyendo a la construcción de la estación lunar Gateway y la nave espacial Orion, preparada para devolver a los humanos a nuestro satélite natural, así como al desarrollo de su gran módulo de aterrizaje lunar logístico, conocido como Argonaut. Como docenas de misiones estarán operando en y alrededor de la Luna y necesitarán relacionarse entre sí y fijar sus posiciones independientemente de la Tierra, esta nueva era requerirá su propio tiempo.

Argonaut de la ESA para alunizaje

En consecuencia, las organizaciones espaciales han comenzado a considerar cómo mantener el tiempo en la Luna. Habiendo comenzado con una reunión en el centro de tecnología ESTEC de la ESA en los Países Bajos en noviembre pasado, la discusión es parte de un esfuerzo mayor para acordar un ‘LunaNet‘ arquitectura que cubre los servicios de comunicación y navegación lunares.

Arquitectura para la exploración lunar conjunta

“LunaNet es un marco de estándares, protocolos y requisitos de interfaz mutuamente acordados que permiten que futuras misiones lunares trabajen juntas, conceptualmente similar a lo que hicimos en la Tierra para el uso conjunto de GPS y Galileo”, explica Javier Ventura-Traveset, Moonlight Navigation de la ESA. Gerente, coordinando las contribuciones de la ESA a LunaNet. «Ahora, en el contexto lunar, tenemos la oportunidad de acordar nuestro enfoque de interoperabilidad desde el principio, antes de que los sistemas se implementen».

El módulo de servicio europeo sobrevuela la Luna

El tiempo es un elemento crucial, agrega Pietro Giordano, ingeniero de sistemas de navegación de la ESA: «Durante esta reunión en ESTEC, acordamos la importancia y la urgencia de definir un tiempo de referencia lunar común, que sea aceptado internacionalmente y al que puedan referirse todos los sistemas y usuarios lunares. Ahora se está lanzando un esfuerzo internacional conjunto para lograr esto”.

Hasta ahora, cada nueva misión a la Luna se opera en su propia escala de tiempo exportada desde la Tierra, con antenas de espacio profundo utilizadas para mantener los cronómetros a bordo sincronizados con el tiempo terrestre al mismo tiempo que facilitan las comunicaciones bidireccionales. Sin embargo, esta forma de trabajar no será sostenible en el entorno lunar que se avecina.

Portal sobre la Luna

Una vez completado, el Puerta la estación estará abierta para estadías de astronautas, reabastecidos a través de la NASA regular Artemisa lanza, que culmina con un regreso humano a la superficie lunar, progresando a una base tripulada cerca del polo sur lunar. Mientras tanto, también se llevarán a cabo numerosas misiones no tripuladas (cada misión de Artemis por sí sola liberará numerosos CubeSats lunares) y la ESA dejará su argonauta Lander logístico grande europeo.

Estas misiones no solo estarán en o alrededor de la Luna al mismo tiempo, sino que a menudo también interactuarán, potencialmente transmitiendo comunicaciones entre sí, realizando observaciones conjuntas o llevando a cabo operaciones de encuentro.

Moonlight – Navegación y Telecomunicaciones para la Luna

Satélites a la luz de la luna en camino

“De cara a la exploración lunar del futuro, la ESA está desarrollando a través de su Programa Moonlight, un servicio de comunicaciones y navegación lunar«, explica Wael-El Daly, ingeniero de sistemas de Moonlight. «Esto permitirá que las misiones mantengan enlaces hacia y desde la Tierra, y las guiarán en su camino alrededor de la luna y en la superficie, lo que les permitirá concentrarse en sus tareas principales. Pero también, Moonlight necesitará una escala de tiempo común compartida para poder vincular las misiones y facilitar las correcciones de posición».

Y Moonlight se unirá a la órbita lunar con un servicio equivalente patrocinado por la NASA: el Sistema de navegación y retransmisión de comunicaciones lunares. Para maximizar la interoperabilidad, estos dos sistemas deberían emplear la misma escala de tiempo, junto con las muchas otras misiones tripuladas y no tripuladas que apoyarán.

Lado lejano de la Luna

Tiempo de fijación para fijar la posición

Jörg Hahn, ingeniero jefe de Galileo de la ESA y que también asesora sobre aspectos del tiempo lunar, comenta: «La interoperabilidad de los marcos de referencia geodésicos y de tiempo se ha logrado con éxito aquí en la Tierra para los sistemas de navegación global por satélite; todos los teléfonos inteligentes actuales pueden hacer uso del GNSS existente para calcular la posición de un usuario hasta el nivel de un metro o incluso de un decímetro.

«La experiencia de este éxito se puede reutilizar para los futuros sistemas lunares técnicos a largo plazo, aunque el cronometraje estable en la Luna presentará sus propios desafíos únicos, como tener en cuenta el hecho de que el tiempo pasa en un momento diferente». tasa allí debido a la gravedad específica de la Luna y los efectos de la velocidad «.

Cómo funciona el navegador por satélite

Configuración de la hora mundial

La navegación precisa exige un cronometraje riguroso. Esto se debe a que un receptor de navegación por satélite determina su ubicación convirtiendo el tiempo que tardan varias señales de satélite en llegar a él en medidas de distancia, multiplicando el tiempo por la velocidad de la luz.

Todos los sistemas terrestres de navegación por satélite, como el Galileo de Europa o el GPS de los Estados Unidos, funcionan con sus propios sistemas de temporización distintos, pero estos poseen compensaciones fijas entre sí de hasta unas pocas mil millonésimas de segundo, y también con el UTC Universal. Estándar global de tiempo coordinado.

Tiempo de precisión para la navegación.

El reemplazo del meridiano de Greenwich, UTC, es parte de nuestra vida cotidiana: es el tiempo utilizado para los estándares de Internet, banca y aviación, así como para experimentos científicos precisos, mantenido por el Bureau International de Poids et Mesures con sede en París (BIPM).

El BIPM calcula el UTC en función de las entradas de las colecciones de relojes atómicos mantenidas por instituciones de todo el mundo, incluida la ESA. ESTEC centro técnico en Noordwijk, los Países Bajos y el ESOC centro de control de la misión en Darmstadt, Alemania.

polo sur de la luna

Diseñando la cronología lunar

Entre los temas que se debaten actualmente está si una sola organización debería ser igualmente responsable de establecer y mantener la hora lunar. Y también, si el tiempo lunar debe establecerse de forma independiente en la Luna o mantenerse sincronizado con la Tierra.

El equipo internacional que trabaja en el tema se enfrentará a importantes problemas técnicos. Por ejemplo, los relojes en la Luna funcionan más rápido que sus equivalentes terrestres, ganando alrededor de 56 microsegundos o millonésimas de segundo por día. Su tasa exacta depende de su posición en la Luna, marcando de manera diferente en la superficie lunar que desde la órbita.

«Por supuesto, el sistema de tiempo acordado también tendrá que ser práctico para los astronautas», explica Bernhard Hufenbach, miembro del Equipo de Gestión de la Luz de la Luna de la Dirección de Exploración Humana y Robótica de la ESA. «Esto será todo un desafío en una superficie planetaria donde en la región ecuatorial, cada día dura 29,5 días, incluidas las gélidas noches lunares de quince días, con toda la Tierra como un pequeño círculo azul en el cielo oscuro. Pero habiendo establecido un sistema de tiempo de trabajo para la Luna, podemos hacer lo mismo para otros destinos planetarios”.

Finalmente, para trabajar juntos adecuadamente, la comunidad internacional también tendrá que establecer un ‘marco de referencia selenocéntrico’ común, similar al papel que juega en la Tierra el Marco de Referencia Terrestre Internacional, que permite la medición consistente de distancias precisas entre puntos en todo nuestro planeta. . Los marcos de referencia adecuadamente personalizados son ingredientes esenciales de los sistemas GNSS actuales.

¿Qué es la iniciativa Moonlight de la ESA?

«A lo largo de la historia humana, la exploración ha sido en realidad un factor clave para mejorar los modelos de referencia geodésica y de cronometraje», agrega Javier. «Ciertamente, es un momento emocionante para hacer eso ahora para la Luna, trabajando para definir una escala de tiempo acordada internacionalmente y una referencia selenocéntrica común, que no solo garantizará la interoperabilidad entre los diferentes sistemas de navegación lunar, sino que también fomentará un gran número de oportunidades de investigación y aplicaciones en el espacio cislunar”.



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