Terwijl de Artemis-missies naar de maan reizen en NASA plannen maakt voor de lange reis naar Mars, zullen nieuwe navigatiemogelijkheden de sleutel zijn tot wetenschap, ontdekking en menselijke verkenning.

Via het Commercial Lunar Payload Services-initiatief van NASA zal Firefly Aerospace uit Cedar Park, Texas, een experimentele lading leveren aan het Mare Crisium-bassin van de maan. NASA's Lunar GNSS Receiver Experiment (LuGRE) payload zal voor het eerst een krachtige nieuwe maannavigatiecapaciteit testen met behulp van Earth's Global Navigation Satellite System (GNSS) -signalen op de maan. GNSS verwijst naar 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.

"In dit geval verleggen we de grenzen van wat GNSS bedoeld was te doen - dat wil zeggen, het uitbreiden van het bereik van systemen die zijn gebouwd om diensten te leveren aan gebruikers op het land, in de luchtvaart en op zee om ook de snelgroeiende ruimtevaartsector te omvatten," zei J.J. Miller, adjunct-directeur van beleid en strategische communicatie voor NASA's Space Communications and Navigation (SCaN) -programma. "Dit zal de precisie en veerkracht van wat beschikbaar was tijdens de Apollo-missies enorm verbeteren en zorgen voor meer flexibele uitrusting en operationele scenario's."

LuGRE, ontwikkeld in samenwerking met de Italiaanse ruimtevaartorganisatie ASI, zal signalen ontvangen van zowel GPS als de Europese GNSS-constellatie, Galileo, en deze gebruiken om de allereerste GNSS-locatiefixes ooit te berekenen op doorreis naar de maan en op het maanoppervlak .

"Ruimtemissies dicht bij de aarde vertrouwen al lang op GNSS voor hun navigatie en tijdwaarneming", zegt Joel Parker, hoofdonderzoeker van LuGRE bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "In de afgelopen jaren hebben NASA en de internationale gemeenschap de grenzen verlegd van wat mogelijk werd geacht door deze technieken in het Space Service-volume en daarbuiten te gebruiken."

Missies in het GNSS Space Service-volume - van ongeveer 1.800 mijl tot 22.000 mijl in hoogte - ontvangen signalen die langs de rand van de aarde stromen van GNSS-satellieten aan de andere kant van de planeet. De eerste Space Service Volume-experimenten vonden plaats rond het begin van het nieuwe millennium. Sindsdien hebben talloze missies in het Space Service-volume op betrouwbare wijze GNSS gebruikt om te navigeren.

In 2016 gebruikte NASA's Magnetospheric Multiscale Mission (MMS) GPS operationeel op een recordbrekende 43.500 mijl van de aarde. Toen, in 2019, brak MMS zijn eigen record door de locatie met GPS vast te stellen op 116.300 mijl van de aarde - bijna halverwege de maan.

Op deze extreme hoogten hebben missies extreem gevoelige GNSS-ontvangers nodig. De LuGRE-missie zal gebruikmaken van een gespecialiseerde ontvanger voor zwak signaal, ontwikkeld door Qascom, een Italiaans bedrijf dat gespecialiseerd is in cyberbeveiliging in de ruimte en beveiligingsoplossingen voor satellietnavigatie, en gefinancierd door ASI.

LuGRE-teams testen nu de lading ter voorbereiding om deze in november van dit jaar te leveren voor integratie op de Firefly "Blue Ghost" -lander. Lancering is momenteel gepland voor niet eerder dan 2024 vanaf Cape Canaveral, Florida, aan boord van een SpaceX Falcon 9-raket.

Tijdens de meerweekse vlucht naar de maan zal LuGRE GNSS-signalen verzamelen en navigatie-experimenten uitvoeren op verschillende hoogten en in een baan om de maan. Na de landing zal LuGRE zijn antenne inzetten en 12 dagen gegevens verzamelen, met het potentieel voor uitgebreide missie-operaties. NASA en ASI zullen gegevens die naar de aarde zijn gedownlinkt, verwerken en analyseren en de resultaten vervolgens openbaar delen.

"LuGRE is de nieuwste poging in een lange reeks missies die zijn ontworpen om de GNSS-mogelijkheden op grote hoogte uit te breiden", zegt Fabio Dovis, co-hoofdonderzoeker van LuGRE bij de Italiaanse ruimtevaartorganisatie. "We hebben een geavanceerd experiment ontwikkeld dat als basis zal dienen voor operationele GNSS-systemen op de maan."

De LuGRE-missie wil de verdere ontwikkeling van op GNSS gebaseerde navigatiemogelijkheden nabij en op de maan stimuleren, zelfs nu NASA van plan is om GNSS op grote hoogte operationeel te gaan gebruiken voor toekomstige maanmissies. NASA en ASI zullen de resultaten van dit werk naar de ruimtegemeenschap brengen via het International Committee on GNSS, een forum van de Verenigde Naties dat zich richt op het waarborgen van de interoperabiliteit van GNSS-signalen. Deze mogelijkheden zijn ook een belangrijke opstap naar het bouwen van LunaNet, een architectuur die coöperatieve netwerken zal verenigen in naadloze maancommunicatie- en navigatiediensten.

"De maanleveringen die we van commerciële leveranciers betrekken, bieden een aantal innovatieve nieuwe technologieën en mogelijkheden om experimenten uit te voeren met betaalbare toegang tot het maanoppervlak", zegt Jay Jenkins, Commercial Lunar Payload Services Program Executive. "LuGRE is een voorbeeld van de vooruitgang die overheid en industrie kunnen boeken wanneer ze verenigd zijn in hun verkenningsdoelstellingen."

Het ontwikkelen van nieuwe toepassingen van GNSS voor opkomende ruimteoperaties is een prioriteit voor het SCaN-programma op het NASA-hoofdkwartier, als de leidende organisatie die verantwoordelijk is voor de implementatie van richtlijnen van Space Policy Directive-7, die NASA opdraagt ​​om vereisten te ontwikkelen voor GPS-ondersteuning van ruimteoperaties en wetenschap in hogere banen en verder in de cislunaire ruimte. + Verder verkennen

NASA-ingenieurs analyseren navigatiebehoeften van Artemis-maanmissies