NASA zal de komende Lunar Pathfinder-satelliet van de European Space Agency (ESA) voorzien van een reeks laserretroreflectoren, gespiegelde apparaten die licht terugkaatsen naar de bron. De retroreflectoren valideren navigatiemogelijkheden die van cruciaal belang zijn voor de Artemis-missies en toekomstige maanverkenning.

"ESA's Lunar Pathfinder-missie zal helpen bij het verifiëren van de prestaties van nieuwe maannavigatietechnieken die in ontwikkeling zijn bij NASA", zegt JJ Miller, adjunct-directeur Beleid en Strategische Communicatie voor NASA's Space Communications and Navigation (SCaN)-programma op het NASA-hoofdkwartier in Washington. "Dit project is gebaseerd op de langdurige samenwerking tussen NASA en ESA binnen het International Committee on Global Navigation Satellite Systems (ICG), een VN-forum dat zich richt op het waarborgen van interoperabiliteit tussen GNSS-serviceproviders"

Global Navigation Satellite Systems (GNSS) zijn de satellietconstellaties die gewoonlijk worden gebruikt voor positie-, navigatie- en tijdbepalingsdiensten op aarde. GPS - de GNSS-constellatie die wordt beheerd door de Amerikaanse ruimtemacht - is degene die veel Amerikanen kennen en dagelijks gebruiken.

Het Lunar Pathfinder-ruimtevaartuig zal een apparaat huisvesten dat GNSS-mogelijkheden test die door velen worden gebruikt om op aarde te navigeren, om in een baan om de maan te navigeren. Het instrument, NaviMoon, zal signalen ontvangen van GPS, de Amerikaanse GNSS-constellatie en Galileo, de Europese GNSS-constellatie.

Missies op grote hoogte, zoals Lunar Pathfinder op de maan, ontvangen GNSS-signalen die langs de rand van de aarde stromen van GNSS-satellieten aan de andere kant van de planeet. NASA heeft met deze zwakke signalen tot halverwege de maan genavigeerd en is van plan dit op het maanoppervlak te doen met een aanstaande levering van Commercial Lunar Payload Services aan Firefly Aerospace van Cedar Park, Texas. De lander zal een experimentele lading leveren, het Lunar GNSS Receiver Experiment (LuGRE), ontwikkeld in samenwerking met het Italiaanse ruimteagentschap (ASI).

"Lunar Pathfinder en LuGRE nemen beide belangrijke stappen om operationeel GNSS-gebruik op de maan te realiseren", zegt Joel Parker, hoofdonderzoeker van LuGRE bij NASA Goddard. "Door GNSS met zwak signaal te valideren voor toekomstige maanmissies, bieden we nieuwe realtime navigatiemogelijkheden aan boord op en rond de maan met behulp van bestaande systemen en technologie."

Door lasers tegen de retroreflectoren van Lunar Pathfinder te laten botsen, kunnen ingenieurs de prestaties van GNSS op extreme afstanden valideren. Het bevestigen van de prestaties van GNSS-ontvangers met een zwak signaal ten opzichte van beproefde laserafstandstechnieken zal missies helpen om GNSS-navigatie op de maan operationeel te omarmen.

"Satelliet laserbereik is een van de meest nauwkeurige methoden die we hebben om de afstand tussen een ruimtevaartuig en de aarde te meten", zei A.J. Oria, SCaN GNSS-expert op het NASA-hoofdkwartier. "Het biedt een uitstekende referentie om te laten zien hoe effectief nieuwere methoden zoals GNSS met een zwak signaal zijn bij het bepalen van de positie van ruimtevaartuigen."

Een laserretroreflector is een speciaal soort spiegel die laserlicht terugkaatst naar de bron, in tegenstelling tot een normale spiegel die het licht onder een hoek weerkaatst. Bij satelliet-laserbereik bereikt een laser die door een telescoop op aarde wordt uitgezonden een retroreflector op een ruimtevaartuig of hemellichaam en de retroreflector kaatst het licht terug naar de telescoop.

Door de tijd te meten dat een laserpuls de telescoop verlaat en de tijd dat de retourpuls arriveert, kunnen ingenieurs en wetenschappers precieze afstanden berekenen tussen het object en een grondstation. Laserbereik is nauwkeuriger dan vergelijkbare methoden met radiogolven omdat de golflengte van het laserlicht veel korter is.

"Om de prestaties van zwakke GNSS-signalen te valideren:als je alleen maar grondradio-trackinggegevens hebt, vergelijk je in feite de ene radiotechniek met een andere radiotechniek. Je krijgt geen enkele vorm van precisie", zegt Stephen Merkowitz, Space. Geodesie Projectmanager bij NASA Goddard. "Als je laserbereik toevoegt, heb je een techniek die ongelooflijk nauwkeurig is en de afgelopen 50 jaar onafhankelijk is geverifieerd." + Verder verkennen

NASA-maanmissie ingesteld om record te breken in navigatiesignaaltest