Testovací verze jedinečného přijímače signálů navigačních družic byl doručen k integraci do sondy Lunar Pathfinder. Přijímač navigačních signálů NaviMoon je navržen tak, aby mohl provést doposud od země nejvzdálenější korekci navigačního signálu. Bude přitom pracovat se signály, které jsou milionkrát slabší než ty, které přijímají třeba naše chytré mobilní telefony. „Tento inženýrský model přijímače NaviMoon představuje první kus hardwaru, který vznikl v rámci iniciativy Moonlight od agentury ESA. Ta cílí na vývoj specializovaných komunikačních a navigačních služeb pro Měsíc,“ vysvětluje Javier Ventura-Traveset, šéf navigačního vědeckého oddělení agentury ESA, pod které spadají všechny činnosti ESA spojené s lunární navigací a dodává: „Poletí na sondě Lunar Pathfinder, která bude kroužit kolem Měsíce. Zde provede zatím nejvzdálenější korekci navigační pozice – bude to na vzdálenost více než 400 000 kilometrů s přesností na méně než 100 metrů. To představuje mimořádnou inženýrskou výzvu, protože na takové vzdálenosti už budou slabé signály družic GPS a Galileo jen stěží odlišitelné od šumu na pozadí. Tato demonstrace bude znamenat skutečnou změnu paradigmatu pro navigaci na oběžné dráze Měsíce.“

Sondu Lunar Pathfinder o velikosti pračky staví jakožto komerční misi britská společnost SSTL (Surrey Satellite Technology Ltd). ESA financuje vědecké přístroje, které poletí na její palubě včetně 1,4 kg těžkého přijímače NaviMoon. Ten bude usazen v těsné blízkosti hlavního vysílače sondy v pásmu X, který zajistí komunikaci Lunar Pathfinderu se Zemí.  „Přijetí skutečného hardwaru pro misi je vždy úžasné,“ uznává Lily Forward, systémová inženýrka firmy SSTL a dodává: „Tento inženýrský model přijímače bude integrován na naši testovací platformu FlatSat Test Bed, na které se ověří, zda všechny systémy správně komunikují a navzájem spolupracují, ještě než k nám později v tomto roce dorazí letový model přijímače a antény.“

Půjde o první misi vytvořenou čistě firmou SSTL, která zamíří mimo Zemi. „Sonda Lunar Pathfinder, která položí základy pro četné vědecké mise, jež budou následovat, je retranslační družicí určenou k obsluze zařízení na přivrácené i odvrácené straně Měsíce. Sonda bude obíhat po eliptické „zmrzlé“ dráze kolem Měsíce, abychom zajistili dlouhodobé pokrytí okolí jižního pólu, kam se zaměřuje budoucí výzkum. V pravidelných intervalech pak budeme sondu orientovat směrem k Zemi, abychom otestovali přijímač NaviMoon,“ doplnila Forward.

Korekce pozice od přijímače budou porovnávány s běžně používanými radiovými měřeními, což obstará palubní vysílač v pásmu X. Bude se ale testovat i měření pomocí laseru, k čemuž posouží koutový odražeč dodaný NASA a vyvinutý firmou KBR. „Bude to poprvé, kdy se tyto tři techniky měření vzdálenosti použijí společně v hlubším vesmíru,“ vysvětluje Pietro Giordano, navigační inženýr v ESA a dodává: „Laserové měření vzdálenosti Měsíce má dlouhou historii sahající až k misím Apollo. Koutové odražeče, které použijeme, jsou zase evolucí těch ze sondy LRO. Kombinace všech technik pro měření vzdálenosti dále zlepší naše odhady parametrů dráhy až za úroveň, čeho by byla schopna pouze rádiová metoda. V zásadě to znamená, že by se budoucí lunární mise mohly autonomně navigovat – nepotřebovaly by k tomu řídící středisko, protože by využívaly signál navigačních družic.“

Satelitní signály, které používáme tady na Zemi bývají už teď velmi slabé. ESA je ve svém článku přirovnává ke světlometům automobilu, které svítí na celou Evropu. Než však tyto signály dorazí na Měsíc, překonají více než dvacetkrát větší vzdálenost. Touto cestou zeslábnou podobně jako vlnky z kamene vhozeného do vody. „Aby to bylo složitější, navigační systémy nejsou navržené k tomu, aby vysílaly do vesmíru – jejich antény jsou proto otočeny k Zemi,“ vysvětluje Giordano a pokračuje: „My jsme proto závislí na mnohem slabších bočních signálech, což je něco jako světlo, které svítí z baterky i mimo její hlavní kužel. Abychom mohli využívat tyto signály, obrátili jsme se na specialisty v oboru družicové navigace, jejichž technologie pro zpracování signálu se ukázaly jako magická přísada celého projektu.“

Vývoji přijímače NaviMoon dohlíží švýcarská firma SpacePNT. „Na myšlence určování vzdálenosti a pozice u Měsíce s využitím navigačních družic jsme začali pracovat v roce 2013 a brali jsme to jako vědeckou výzvu,“ vzpomíná Cyril Botteron, šéf firmy a dodává: „Kombinace dvoufrekvenčních signálů systému Galileo s již existujícím systémem GPS najednou umožnila tyto plány realizovat. Ovšem kromě mimořádné citlivosti, která je nezbytná, představuje další velký problém skutečnost, že při pohledu od Měsíce jsou všechny navigační družice umístěny jen na malém kousku oblohy kolem Země, která se nám pravidelně ztratí z dohledu.“

Řešení, které vymyslela firma SpacePNT, využívá více než půl století zkušeností z lunárního průzkumu. Firma do přijímače zapracovala dynamický softwarový model všech sil, které působí na sondu – od gravitačního vlivu Měsíce, Země, Slunce a planet až po tlak slunečního záření. Kromě toho ještě do modelu zanesla další faktory jako třeba časovou korekci signálu nebo směřování rádiového signálu. „Když na sondu zapůsobí určité zrychlení, může přijímač usoudit, že se s největší pravděpodobností nachází v jednom konkrétním bodě své dráhy. Obvykle satelitní přijímač potřebuje k určení polohy signály ze čtyř navigačních družic. Při tomto novém postupu však stačí k získání užitečných informací i méně než čtyři signály. Model tedy minimalizuje odchylky způsobené různými chybami,“ vysvětlil Botteron.

Britská společnost EECL (European Engineering & Consultancy) dostala za úkol převést návrh firmy SpacePNT do plně otestovaného hardwaru. Kromě toho měli ještě navrhnout kriticky důležitý nízkošumový zesilovač, který prochází zašumělý příjem a zesiluje použitelné signály. „Zesilovač je špičkový diplexer vyrobený na zakázku, který pokrývá dvě frekvenční pásma satelitní navigace. Byl ručně vyladěný s použitím nejlepších možných komponent a je vybaven technologií chladiče pro další snížení nežádoucího šumu,“ říká Ben Kieniewicz, zakladatel společnosti ECCL a dodává: „Kromě dalšího podílu na designu, máme postavit, otestovat a doručit přijímač do SSTL, k čemuž využijeme čistou místnost, která je kvalifikovaná pro sestavování a testy kosmického hardwaru.“

Sonda Lunar Pathfinder bude připravena ke startu na konci roku 2024 a měla by nabídnout služby misím, které odstartují v dalších letech. Položí tak základy sítě kombinovaných komunikačních a navigačních družic kolem Měsíce. „Naše iniciativa Moonlight navrhuje v první fázi umístit na oběžnou dráhu Měsíce tři až čtyři družice, což by zajistilo nejméně pět nepřerušených hodin služeb každých 24 hodin s hlavním důrazem na okolí jižního pólu, kam se plánuje většina misí,“ vysvětluje Ventura-Traveset, „Náš systém je zamýšlený jako rozšiřitelný a cílem je postupně zvětšovat celou síť a také umísťovat na povrch Měsíce vysílače. To umožní dosáhnout plného pokrytí lunárního povrchu, vyšší dostupnost a excelentní přesnost – to vše je pro Evropu velká příležitost.“

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/…/lunar_pathfinder/23463393-2-eng-GB/Lunar_Pathfinder.png
https://www.esa.int/…/receiver_team_at_sstl/24033074-1-eng-GB/Receiver_team_at_SSTL.jpg
https://www.esa.int/…/24032986-2-eng-GB/NaviMoon_receiver_and_Low_Noise_Amplifier.jpg
https://www.esa.int/v…aser_ranging_station_in_Tenerife_aims_its_green_laser_to_the_sky.jpg
https://www.esa.int/…/17455291-2-eng-GB/Lunar_Ride_and_Phone_Home_Service.png
https://www.esa.int/…/23216616-1-eng-GB/Galileo_side_lobe_signals.jpg
https://www.esa.int/…relay_communications_from_orbital_and_surface_missions.png
https://www.esa.int/…/21488771-1-eng-GB/European_Large_Logistics_lander_landing.png