p Os engenheiros de comunicações espaciais e de navegação da NASA estão avaliando as necessidades de navegação do programa Artemis, incluindo a identificação das capacidades de navegação de precisão necessárias para estabelecer a primeira presença sustentada na superfície lunar. p "Artemis nos envolve para aplicar soluções de navegação criativas, escolhendo a combinação certa de recursos para cada missão, "disse Cheryl Gramling, chefe associado de tecnologia na Divisão de Engenharia de Missão e Análise de Sistemas no Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland. "A NASA tem uma infinidade de ferramentas de navegação à sua disposição, e Goddard tem meio século de experiência em missões de exploração espacial em órbita lunar. "

p Junto com recursos de navegação comprovados, A NASA usará tecnologias de navegação inovadoras durante as próximas missões Artemis.

p "As missões lunares oferecem a oportunidade de testar e refinar novas técnicas de navegação espacial, "disse Ben Ashman, engenheiro de navegação em Goddard. "A lua é um lugar fascinante para explorar e pode servir como um campo de provas que expande nosso kit de ferramentas de navegação para destinos mais distantes como Marte."

p Em última análise, missões de exploração precisam de uma combinação robusta de recursos para fornecer a disponibilidade, resiliência, e integridade exigida de um sistema de navegação in-situ. Algumas das técnicas de navegação sendo analisadas para Artemis incluem:

p Radiometria, Otimetria e Altimetria a Laser

p Radiometria, otimetria, e a altimetria a laser mede distâncias e velocidades usando as propriedades das transmissões eletromagnéticas. Os engenheiros medem o tempo que uma transmissão leva para chegar a uma espaçonave e dividem pela taxa de deslocamento da transmissão - a velocidade da luz.

p Essas medições precisas têm sido a base da navegação espacial desde o lançamento do primeiro satélite, fornecendo uma medição precisa e confiável da distância entre o transmissor e o receptor da espaçonave. Simultaneamente, a taxa de mudança na velocidade da espaçonave entre o transmissor e a espaçonave pode ser observada devido ao efeito Doppler.

p A radiometria e a otimização medem as distâncias e a velocidade entre uma espaçonave e as antenas terrestres ou outra espaçonave usando seus links de rádio e links de comunicações ópticas infravermelhas, respectivamente. Em altimetria de laser e alcance de laser espacial, uma espaçonave ou telescópio terrestre reflete os lasers da superfície de um corpo celeste ou um refletor especialmente designado para avaliar distâncias.

p Navegação Ótica

p As técnicas de navegação óptica baseiam-se em imagens de câmeras de uma espaçonave. Existem três ramos principais da navegação óptica.

• A navegação óptica baseada em estrelas usa objetos celestes brilhantes, como estrelas, luas, e planetas para navegação. Os instrumentos usam esses objetos para determinar a orientação de uma nave espacial e podem definir sua distância dos objetos usando os ângulos entre eles.
• Conforme uma espaçonave se aproxima de um corpo celeste, o objeto começa a preencher o campo de visão da câmera. Os engenheiros de navegação, então, derivam a distância de uma nave espacial do corpo usando seu membro - a borda aparente do corpo - e o centróide, ou centro geométrico.
• Na abordagem mais próxima de uma espaçonave, a navegação relativa do terreno usa imagens de câmera e processamento de computador para identificar características de superfície conhecidas e calcular o curso de uma espaçonave com base na localização dessas características em modelos ou imagens de referência.

p GPS e GNSS com sinal fraco

p A NASA está desenvolvendo recursos que permitirão que as missões na lua aproveitem os sinais das constelações do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS), como o GPS dos EUA. Esses sinais - já usados ​​em muitas espaçonaves em órbita da Terra - vão melhorar o tempo, melhorar a precisão do posicionamento, e auxiliar os sistemas de navegação autônoma no espaço cislunar e lunar.

p Em 2023, o Experimento do Receptor GNSS Lunar (LuGRE), desenvolvido em parceria com a Agência Espacial Italiana, irá demonstrar e refinar esta capacidade na bacia do Mare Crisium na lua. LuGRE voará em uma missão de Serviços de Carga Útil Lunar Comercial entregue pela Firefly Aerospace de Cedar Park, Texas. A NASA usará os dados coletados do LuGRE para refinar os sistemas operacionais lunares GNSS para missões futuras.

p Navegação Autônoma

p O software de navegação autônoma aproveita medidas como radiometria, navegação celestial, altimetria, terrain-relative navigation, and GNSS to perform navigation onboard without contact with operators or assets on Earth, enabling spacecraft to maneuver independently of terrestrial mission controllers. This level of autonomy enables responsiveness to the dynamic space environment.

p Autonomous navigation can be particularly useful for deep space exploration, where the communications delay can hamper in-situ navigation. Por exemplo, missions at Mars must wait eight to 48 minutes for round trip communications with Earth depending on orbital dynamics. During critical maneuvers, spacecraft need the immediate decision-making that autonomous software can provide.

p LunaNet Navigation Services

p LunaNet is a unique communications and navigation architecture developed by NASA's Space Communications and Navigation (SCaN) program. LunaNet's common standards, protocolos, and interface requirements will extend internetworking to the moon, offering unprecedented flexibility and access to data.

p For navigation, the LunaNet approach offers operational independence and increased precision by combining many of the methods above into a seamless architecture. LunaNet will provide missions with access to key measurements for precision navigation in lunar space.