De Chinese Chang'e-4-sonde markeerde de eerste zachte landing van een ruimtevaartuig aan de andere kant van de maan, die altijd van de aarde afgekeerd is. Om te communiceren met grondstations, Chang'e-4 vertrouwt op Queqiao, een relaiscommunicatiesatelliet die om een ​​punt achter de maan draait en de aarde en Chang'e-4 overbrugt. In een recente recensie, onderzoekers leggen het ontwerp van Queqiao uit en verbeelden de toekomst van communicatiesystemen met maanrelais.

Vanwege een fenomeen dat zwaartekrachtvergrendeling wordt genoemd, de maan kijkt altijd vanaf dezelfde kant naar de aarde. Dit bleek nuttig bij de vroege maanlandingsmissies in de 20e eeuw, omdat er altijd een directe zichtlijn was voor ononderbroken radiocommunicatie tussen grondstations op aarde en apparatuur op de maan. Echter, zwaartekrachtvergrendeling maakt het verkennen van het verborgen gezicht van de maan - de andere kant - veel uitdagender, omdat signalen niet direct over de maan naar de aarde kunnen worden gestuurd.

Nog altijd, in januari 2019, De Chinese maansonde Chang'e-4 was de eerste keer dat een ruimtevaartuig op de andere kant van de maan landde. Zowel de lander als de maanrover die hij droeg, hebben beelden en gegevens verzameld en teruggestuurd van voorheen onontgonnen gebieden. Maar hoe communiceert de Chang'e-4-sonde met de aarde? Het antwoord is Queqiao, een relaiscommunicatiesatelliet, legt Dr. Lihua Zhang van DFH Satellite Co. uit, Ltd., China.

Zoals uitgelegd door Dr. Zhang in een recent gepubliceerd overzichtsartikel in: Ruimte:wetenschap en technologie , Queqiao is een ongekende satelliet die speciaal voor één doel is ontworpen:om te fungeren als een brug tussen de Chang'e-4-sonde en de aarde. Queqiao werd in 2018 gelanceerd en in een baan rond een punt "achter" de maan gebracht. Dit punt staat bekend als het Aarde-Maan Libratiepunt 2, waar een speciaal geval van zwaartekrachtsbalans Queqiao in staat stelt een baan te handhaven zodat het een bijna constante directe zichtlijn heeft met zowel de andere kant van de maan als de aarde. Om de satelliet in deze eigenaardige baan te krijgen, was een zorgvuldige planning en onderhoudsbeheer nodig, en het succes van deze operatie schiep een precedent voor toekomstige pogingen om satellieten in een baan rond andere aarde-maan-libratiepunten te brengen.

Vanuit zijn stabiele plek in de ruimte, Queqiao hielp bij het begeleiden van de zachte landing en oppervlakteoperaties van de Chang'e-4-sonde en is sindsdien onze tussenpersoon. De satelliet is uitgerust met twee verschillende soorten antennes:een paraboolantenne en meerdere spiraalantennes. De voormalige, met een grote diameter van 4,2 m, is ontworpen om signalen te verzenden en te ontvangen op de X-band (7-8GHz) van en naar de rover en lander op het oppervlak van de maan. Zijn grote omvang houdt verband met de verwachte geluidsniveaus en de lage intensiteit van de transmissies die door oppervlakteapparatuur worden verzonden.

Anderzijds, de spiraalantennes werken op de S-band (2-4 GHz) en communiceren met grondstations, het doorsturen van commando's naar de maanoppervlakapparatuur en het uitwisselen van telemetrie- en volggegevens. Met name, al deze verschillende links kunnen gelijktijdig zenden en ontvangen, waardoor Queqiao zeer veelzijdig is. Het beoordelingsdocument behandelt andere belangrijke ontwerpoverwegingen voor Queqiao en toekomstige relaissatellieten, zoals het gebruik van regenerative forwarding, de verschillende betrokken verbindingsdatasnelheden, en dataopslagsystemen voor als er geen grondstation toegankelijk is.

Meer dan twee jaar van exploratie, via Queqiao is een grote hoeveelheid gegevens ontvangen van de rover en de lander. "Wetenschappers in zowel China als andere landen hebben analyses en onderzoek uitgevoerd op basis van de opgehaalde gegevens, en ze hebben waardevolle wetenschappelijke resultaten opgeleverd. Hoe langer de operationele levensduur van Queqiao, hoe meer wetenschappelijke resultaten worden bereikt, " merkt Dr. Zhang op. Op basis van de huidige voorspellingen, Queqiao moet minimaal vijf jaar in een baan om de aarde kunnen draaien.

Dr. Zhang ging ook in op de vooruitzichten voor toekomstige maanmissies en hoe relaiscommunicatiesystemen zouden moeten evolueren om ze te ondersteunen. Veel onontgonnen gebieden op de maan, zoals de grootste krater op de Zuidpool, vraag om meerdere relaissatellieten om constante communicatieverbindingen te behouden, wat een dure en tijdrovende uitdaging vormt. Maar wat als relaissatellieten geschikt waren voor meer dan een enkele missie? "Er moet een duurzame communicatie- en navigatie-infrastructuur worden opgezet die ten goede komt aan alle maanmissies in plaats van elke missie afzonderlijk af te handelen, " zegt Dr. Zhang. "Deze infrastructuur moet een open en uitbreidbare architectuur aannemen en flexibele, interoperabel, kruisdragend, en compatibele communicatiediensten, die cruciaal zijn voor het succes van toekomstige maanverkenningen." Het is waarschijnlijk dat toekomstige inspanningen aan de andere kant van de maan een test zullen zijn van hoe goed we kunnen samenwerken om de geheimen van onze natuurlijke satelliet te onthullen.