Reflector láser de la NASA para navegación por satélite de la ESA en Lunar Pathfinder

Protegido dentro de múltiples capas de embalaje con reloj de choque en tres dimensiones dentro de la caja de envío, para detectar cualquier trato brusco, el conjunto de retrorreflectores láser de la NASA, LRA, se entregó con éxito a Surrey Satellite Technology Ltd. SSTLen Guildford, Reino Unido.

Tras desembalar y seguir los procedimientos establecidos, la ESA, la NASA y SSTL realizaron conjuntamente una inspección visual del LRA, confirmando que no presenta arañazos ni mellas en la óptica. Como resultado, el instrumento fue aceptado formalmente por la ESA el 4 de noviembre de 2022 y pasó a SSTL para su integración a bordo de su nave espacial del tamaño de una lavadora, que se lanzará en 2025.

SSTL Explorador lunar servirá como un satélite de retransmisión de telecomunicaciones para futuras misiones a la Luna, con la ESA como cliente principal, mientras que la NASA también utilizará sus servicios a cambio de llevar el Lunar Pathfinder a la órbita lunar a través de sus Servicios Comerciales de Carga Lunar (CLPS) iniciativa.

“La entrega de hoy es un elemento adicional de esta colaboración única ESA-NASAque incluye una campaña de prueba original en órbita para demostrar el uso de señales de navegación por satélite y alcance láser para lograr por primera vez un punto fijo de posicionamiento de navegación por satélite en la órbita lunar”, explica Javier Ventura-Traveset, jefe de la Oficina de Ciencias de la Navegación de Galileo de la ESA y coordinador Actividades de navegación lunar de la ESA.

Hoy en día, el seguimiento de una nave espacial en órbita lunar requiere varias estaciones terrestres para realizar la medición por radio. Lunar Pathfinder empleará un transpondedor de banda X estándar para este propósito, pero además llevará el de ESA Receptor del sistema satelital de navegación global NaviMoon.

Lograr posiciones fijas de Galileo y GPS tan lejos en el espacio requiere ingeniería inteligente y técnicas de procesamiento de señales, porque las señales que se extienden hasta la órbita lunar son millones de veces más débiles que las que recibimos usando nuestros teléfonos inteligentes o automóviles. Pero el éxito significaría que las futuras misiones a la Luna podrían conducirse por sí mismas de manera efectiva, fijando su posición automáticamente usando GNSS a más de 100 m, una mejora de orden de magnitud con respecto al rango de radio actual, mientras renuncian al uso de una costosa infraestructura terrestre.

Javier añade: “Tanto la ESA como la NASA están muy interesadas en explotar los datos del LRA con nuestro receptor de navegación por satélite NaviMoon, que permitirá la verificación cruzada de las posiciones fijas a lo largo de la distancia cislunar y abrirá nuevas posibilidades en la geodesia lunar. Estas pruebas también proporcionarán un aprendizaje tecnológico muy valioso para la iniciativa Moonlight de la ESA, que proporcionará antes de que finalice esta década una red autónoma de comunicaciones y satélites de navegación que apoyen la exploración lunar”.

Los retrorreflectores láser son una tecnología espacial bien establecida, normalmente utilizada para determinar con precisión la órbita de los satélites alrededor de la Tierra. Al medir el tiempo de vuelo de los pulsos láser para viajar desde la Tierra hasta el satélite y viceversa, se puede calcular su distancia precisa, de la misma manera que el alcance basado en radio, pero logrando una precisión mucho mayor debido a la corta longitud de onda de la luz.

En su enfoque, se asemejan a los ‘ojos de gato’ espejados incrustados en las autopistas para reflejar la luz con precisión de regreso a su fuente, gracias a una intrincada configuración de reflexión interna: un total de 48 ‘cubos de esquina’ en el caso del LRA, que fueron individualmente y rigurosamente inspeccionado y medido en el laboratorio. El rendimiento óptico de la matriz se midió con precisión en Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

Aproximadamente del tamaño de una computadora portátil, el LRA fue producido para la NASA por KBRbasado en un LRA anterior que ya volaba en el Orbitador de Reconocimiento Lunar de la NASA (LRO). Stephen Merkowitz, Gerente de Proyectos de Geodesia Espacial de la NASA, afirma: «Este LRA es más grande y devolverá más de 12 veces la luz láser que el LRO, ya que tiene 48 cubos de esquina de 4 cm de diámetro, en comparación con los 12 cubos reflectores del LRO». 3 cm de diámetro Esta oportunidad es bastante única”.

Lunar Pathfinder orbitará en una ‘órbita congelada lunar’ altamente elíptica, diseñada para optimizar la cobertura sobre el Polo Sur de la Luna, el foco principal de los futuros esfuerzos de exploración. Para esta demostración, el satélite Lunar Pathfinder se reorientará en órbita, generalmente durante una ventana experimental continua de cinco días, de modo que el LRA, la antena del receptor NaviMoon y el transpondedor de banda X, todos ubicados en el mismo panel del satélite. , juntos apuntan hacia la Tierra. Esto maximizará el rendimiento alcanzable y la visibilidad conjunta de estas tres técnicas geodésicas, que se utilizarán simultáneamente por primera vez en la órbita lunar.

El Servicio Internacional de Telemetría por Láser actualmente tiene cuatro estaciones con capacidad de alcance láser a la distancia lunar, tres con sede en Europa (Grasse, Wetzel y Matera) y una en los EE. UU. (Apache Point). Además, la ESA está considerando el uso de su propia Estación de Telemetría Láser con sede en Tenerife, que actualmente se está actualizando.

Como siguiente camino, el LRA se someterá a una inspección final en SSTL antes de integrarse en el Lunar Pathfinder, que debe ajustarse y alinearse con precisión para maximizar la precisión del posicionamiento.

Lily Forward, ingeniera de sistemas de SSTL Lunar Pathfinder, afirma: “Esta es la primera pieza de hardware de vuelo de SSTL para Lunar Pathfinder y es el resultado de una excelente colaboración entre la ESA, la NASA y SSTL. Todos estamos ansiosos por poner a prueba este experimento de alcance una vez que se haya lanzado el Lunar Pathfinder de SSTL”.

Luego, en la década venidera, dedicó Satélites a la luz de la luna y eventualmente hardware adicional en la superficie lunar establecerá una infraestructura común de comunicaciones y navegación para todas las misiones lunares, acercando efectivamente la Luna a la Tierra en términos prácticos, convirtiéndola en el octavo continente de nuestro planeta.

Moonlight se presenta a los ministros del espacio de Europa para su aprobación en Consejo de la ESA a nivel ministerial en París los días 22 y 23 de noviembre.