A missão Lunar Pathfinder da ESA para a lua levará um avançado receptor de navegação por satélite, a fim de realizar a primeira correção de posicionamento de satnav na órbita lunar. Esta carga útil experimental marca uma etapa preliminar em um plano ambicioso da ESA para expandir a cobertura confiável de satnav - bem como links de comunicação - para exploradores ao redor e, finalmente, na lua durante esta década.

Com lançamento previsto para o final de 2023 na órbita lunar, o Lunar Pathfinder comsat público-privado oferecerá serviços comerciais de retransmissão de dados para missões lunares - enquanto também estende os limites operacionais dos sinais de satnav.

Os satélites de navegação, como a constelação europeia Galileo, destinam-se a fornecer posicionamento, serviços de navegação e cronometragem para o nosso planeta, então a maior parte da energia de suas antenas de navegação irradia diretamente para o disco terrestre, bloqueando seu uso para usuários mais distantes no espaço.

"Mas esta não é toda a história, "explica Javier Ventura-Traveset, liderar o Galileo Navigation Science Office da ESA e coordenar as atividades de navegação lunar da ESA. "Os padrões de sinal de navegação também irradiam para os lados, como a luz de uma lanterna, e testes anteriores mostram que esses 'lóbulos laterais' da antena podem ser empregados para o posicionamento, desde que os receptores adequados sejam implementados. "

Assim como pessoas ou carros no solo, satélites em órbita baixa da Terra dependem fortemente de sinais de satnav para determinar sua posição orbital, e uma vez que o ESA provou que o posicionamento em órbita superior era possível, um número crescente de satélites em órbita geoestacionária hoje emprega receptores de satnav.

Mas a órbita geoestacionária é 35 786 km acima, enquanto a lua está mais de dez vezes mais distante, a uma distância média de 384 000 km. Em 2019, no entanto, A Missão Magnetosférica Multiescala da NASA adquiriu sinais de GPS para realizar uma correção e determinar sua órbita a partir de 187 a 166 km de distância, perto da metade da distância entre a Terra e a Lua.

Javier acrescenta:"Esta evidência experimental de sucesso nos dá alta confiança, pois o receptor que embarcaremos no Lunar Pathfinder terá uma sensibilidade significativamente melhorada, empregará sinais Galileo e GPS e também terá uma antena satnav de alto ganho. "

A antena principal deste receptor de alta sensibilidade foi desenvolvida através do Programa de Tecnologia de Suporte Geral da ESA, com a unidade principal do receptor desenvolvida através do Programa de Inovação e Apoio à Navegação da ESA, NAVISP.

O projeto do receptor é liderado pelo engenheiro de navegação da ESA Pietro Giordano:"O receptor de alta sensibilidade será capaz de detectar sinais muito fracos, milhões de vezes mais fracos do que os recebidos na Terra. O uso de filtros orbitais on-board avançados permitirá atingir uma precisão de determinação de órbita sem precedentes em uma base autônoma. "

O receptor do Lunar Pathfinder foi projetado para atingir uma precisão de posicionamento de cerca de 100 m - mais preciso do que o rastreamento tradicional do solo.

A disponibilidade de satnav permitirá o desempenho de 'Determinação de órbita precisa' para satélites lunares, observa Werner Enderle, Chefe do Gabinete de Apoio à Navegação da ESA:"A determinação da órbita tradicional para satélites em órbita lunar é efectuada por rádio, usando estações terrestres no espaço profundo. Esta demonstração do Lunar Pathfinder será um marco importante na navegação lunar, mudando toda a abordagem. Não só aumentará a autonomia da nave espacial e aguçará a precisão dos resultados, também ajudará a reduzir os custos operacionais. "

Embora as órbitas lunares sejam frequentemente instáveis, com satélites de órbita baixa desviados do curso pelas concentrações irregulares de massa ou 'mascons' que compõem a lua, O Lunar Pathfinder está planejado para adotar uma órbita elíptica "congelada" altamente estável, focado no pólo sul lunar - um alvo principal para expedições futuras.

A Terra - e suas constelações de satnav - devem permanecer à vista do Lunar Pathfinder para a maioria dos testes. O principal desafio será superar a geometria limitada dos sinais de satnav, todos vindos da mesma parte do céu, junto com a potência do sinal baixo.

A demonstração do Lunar Pathfinder de que os sinais terrestres de satnav podem ser empregados para navegar nas órbitas lunares será um importante passo inicial na iniciativa do luar da ESA. Apoiado por três Direcções ESA, o luar seguirá para estabelecer um Serviço de Navegação e Comunicação Lunar.

"Na próxima década, A ESA pretende contribuir para a construção de uma infraestrutura comum de comunicações e navegação para todas as missões lunares baseadas em satélites lunares dedicados, "explica Bernhard Hufenbach, gestão de iniciativas de comercialização e inovação para a exploração espacial na ESA.

"o luar permitirá apoiar missões que não podem usar sinais satnav da Terra, como landers do outro lado e está planejando cobrir a lacuna atual em relação às necessidades expressas pela comunidade de Exploração Global, visando precisão de posicionamento abaixo de 50 metros. "

Além de facilitar a exploração lunar, esses sinais de navsat podem um dia se tornar uma ferramenta para a ciência por si só, usado, por exemplo, para realizar refletometria na superfície lunar; soar a escassa "exosfera" empoeirada que cerca a lua ou fornecendo um sinal de referência de tempo comum através da lua, para ser usado para experimentos de física ou astronomia fundamentais.

Além de marcar a primeira vez na história da navegação por satélite, Javier observa que o experimento satnav do Lunar Pathfinder terá consequências maiores:"Esta se tornará a primeira demonstração de recepção de GPS e Galileo em órbita lunar, abrindo a porta para uma maneira completa de navegar na espaçonave no espaço profundo, permitindo a exploração humana da lua. "