По мере того, как миссии Artemis отправляются на Луну, а НАСА планирует долгое путешествие на Марс, новые навигационные возможности будут иметь ключевое значение для науки, открытий и исследований человека.

В рамках инициативы НАСА по обслуживанию коммерческой лунной полезной нагрузки компания Firefly Aerospace из Сидар-Парка, штат Техас, доставит экспериментальную полезную нагрузку в бассейн Моря Кризисов на Луне. Полезная нагрузка NASA Lunar GNSS Receiver Experiment (LuGRE) впервые проверит новые мощные возможности лунной навигации с использованием сигналов Глобальной навигационной спутниковой системы Земли (GNSS) на Луне. GNSS относится к спутниковым созвездиям, обычно используемым для служб определения местоположения, навигации и синхронизации на Земле. GPS — группировка GNSS, управляемая Космическими силами США, — это та система, с которой многие американцы знакомы и используют ее ежедневно.

«В этом случае мы выходим за рамки того, для чего предназначалась GNSS, то есть расширяем сферу действия систем, созданных для предоставления услуг наземным, авиационным и морским пользователям, включая также быстрорастущий космический сектор», — сказал Джей Джей. Миллер, заместитель директора по политике и стратегическим коммуникациям программы НАСА по космической связи и навигации (SCaN). «Это значительно повысит точность и устойчивость того, что было доступно во время миссий «Аполлон», и позволит использовать более гибкое оборудование и сценарии работы».

LuGRE, разработанный в сотрудничестве с Итальянским космическим агентством (ASI), будет получать сигналы как от GPS, так и от европейской группировки GNSS, Galileo, и использовать их для расчета первых в истории фиксированных местоположений GNSS во время полета к Луне и на лунной поверхности.

«Космические миссии вблизи Земли уже давно полагаются на GNSS для навигации и хронометража», — сказал Джоэл Паркер, главный исследователь LuGRE в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «В последние годы НАСА и международное сообщество раздвинули границы того, что считалось возможным, используя эти методы в томе космической службы и за его пределами».

Миссии в объеме космической службы GNSS — на высоте от 1800 до 22 000 миль — принимают сигналы, которые выходят за пределы Земли от спутников GNSS на противоположной стороне планеты. Первые эксперименты Space Service Volume произошли на заре нового тысячелетия. С тех пор во многих миссиях Space Service Volume надежно использовалась GNSS для навигации.

В 2016 году Магнитосферная многомасштабная миссия НАСА (MMS) использовала GPS на рекордной высоте в 43 500 миль от Земли. Затем, в 2019 году, MMS побила собственный рекорд, зафиксировав свое местоположение с помощью GPS на расстоянии 186 300 миль от Земли — почти на полпути к Луне.

На этих экстремальных высотах миссиям нужны чрезвычайно чувствительные приемники GNSS. Миссия LuGRE будет использовать специализированный приемник слабого сигнала, разработанный Qascom, итальянской компанией, специализирующейся на космической кибербезопасности и решениях для безопасности спутниковой навигации, и финансируемый ASI.

Команды LuGRE в настоящее время тестируют полезную нагрузку, готовясь доставить ее для интеграции в посадочный модуль Firefly «Blue Ghost» в ноябре этого года. В настоящее время запуск запланирован не ранее 2024 года с мыса Канаверал, штат Флорида, на борту ракеты SpaceX Falcon 9.

Во время многонедельного полета на Луну LuGRE будет собирать сигналы ГНСС и проводить навигационные эксперименты на разных высотах и ​​на лунной орбите. После приземления LuGRE развернет свою антенну и начнет 12-дневный сбор данных, что также может привести к расширенным операциям миссии. NASA и ASI будут обрабатывать и анализировать данные , переданные на Землю, а затем публиковать результаты.

«LuGRE — это последняя попытка в длинной череде миссий, направленных на расширение возможностей GNSS на больших высотах», — сказал Фабио Довис, один из главных исследователей LuGRE в Итальянском космическом агентстве. «Мы разработали передовой эксперимент, который послужит основой для действующих систем GNSS на Луне».

Миссия LuGRE направлена ​​на дальнейшее развитие навигационных возможностей на основе GNSS вблизи и на Луне, даже несмотря на то, что НАСА планирует начать оперативное использование высотной GNSS для будущих лунных миссий. НАСА и АСИ представят результаты этой работы космическому сообществу через Международный комитет по ГНСС, форум Организации Объединенных Наций, занимающийся обеспечением функциональной совместимости сигналов ГНСС. Эти возможности также являются ключевым шагом на пути к созданию LunaNet, архитектуры, которая объединит совместные сети в бесшовные лунные службы связи и навигации.

«Лунные поставки, которые мы получаем от коммерческих поставщиков, предоставляют ряд инновационных новых технологий и возможностей для проведения экспериментов с доступным доступом к лунной поверхности», — сказал Джей Дженкинс, руководитель коммерческой программы обслуживания лунной полезной нагрузки. «LuGRE является одним из примеров прогресса, которого могут добиться правительство и промышленность, объединившись в своих целях разведки».

Разработка новых способов использования ГНСС для новых космических операций является приоритетом для программы SCaN в штаб-квартире НАСА, поскольку она является ведущей организацией, отвечающей за выполнение указаний из Директивы о космической политике-7, которая предписывает НАСА разрабатывать требования к GPS-поддержке космических операций и науки в более высокие орбиты и дальше в окололунное пространство.