Agentura NASA dodala agentuře ESA pole koutových odražečů, které umožní, aby mohla být sonda Lunar Pathfinder na oběžné dráze Měsíce zaměřena pomocí laseru vypáleného ze Země. Laserová měření s centimetrovou přesnosti budou sloužit jako nezávislá kontrola toho, jak se sondě samotné daří určovat svou pozici s využitím signálů navigačních družic GPS a Galileo ve vzdálenosti cca 400 000 kilometrů. Cílem je prověřit koncept lunární družicové navigace, ale také zajištění přenosové kapacity předtím, než Evropa připraví vyhrazený program Moonlight.

Americké zařízení LRA (Laser Retroreflector Array) dorazilo do sídla firmy Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL) v britském městě Guildford pečlivě zabalené v několika vrstvách obalových materiálů s detektory otřesů ve třech osách, aby bylo jisté, že při převozu nedošlo k žádnému hrubému zacházení. Po rozbalení a dalších nezbytných postupech proběhla vizuální kontrola LRA, do které se zapojili experti z ESA, NASA, ale i SSTL. Svým bedlivým zrakem sledovali, zda se na optických prvcích nenachází žádné škrábance nebo nerovnosti. Výsledek byl jednoznačný – 4. listopadu 2022 Evropská kosmická agentura formálně přijala přístroj a předala jej firmě SSTL k integraci do jejich sondy o velikosti automatické pračky, která by měla startovat v roce 2025.

Lunar Pathfider od firmy SSTL bude sloužit jakožto telekomunikační retranslační družice, jejíž služby budou moci využít budoucí lunární mise, přičemž hlavním klientem bude agentura ESA. Jejích služeb však jistě využije i agentura NASA, která zase na oplátku zajistí dopravu sondy k Měsíci v rámci svého programu CLPS. „Dnešní dodávka je dalším prvkem této jedinečné evropsko-americké spolupráce, která obnáší testovací kampaň v kosmickém prostoru zaměřenou na demonstraci využití signálů družicové navigace na oběžné dráze Měsíce, ale i laserové určování polohy, aby bylo možné prověřit správnost těchto prvních pokusů o určení pozice u Měsíce,“ vysvětluje Javier Ventura-Traveset, vedoucí vědecké navigační kanceláře programu Galileo, který koordinuje evropské navigační snahy u Měsíce.

V současné době sondy na oběžné dráze Měsíce vyžadují několik pozemních stanic, které provádí rádiová měření vzdálenosti. Lunar Pathfinder bude za tímto účelem vybaven standardním vysílačem v pásmu X, ovšem kromě toho ponese i přijímač NaviMoon Global Navigation Satellite System. Určení polohy pomocí systémů Galileo a GPS tak daleko od Země vyžaduje zapojit důmyslnou techniku a metody zpracování signálu, jelikož signály, které se dostanou k Měsíci, jsou nejméně milionkrát slabší než ty, které používáme ve svých mobilních telefonech či automobilech k určení své pozice. Úspěch by však znamenal, že by se budoucí kosmické mise mohly snáze řídit samy. Automaticky by určovaly svou pozici s přesností méně než 100 metrů, což je o řád lepší, než co nabízí současné určování pozice pomocí rádiových vln. Zároveň by tyto budoucí sondy nemusely využívat drahou pozemní infrastrukturu.

„ESA i NASA mají velký zájem na využívání dat z LRA s naším přijímačem družicové navigace NaviMoon, který umožní prověřit určení pozice na vzdálenost Země od Měsíce a otevře nové možnosti lunární geodezie. Tyto testy také poskytnou cenné technologické lekce pro evropský program Moonlight, který má ještě před koncem dekády vytvořit autonomní síť komunikačních a navigačních družic, které podporují lunární průzkum,“ vypočítává Javier Ventura-Traveset. Koutové odražeče jsou již zavedenou kosmickou technologií, která se běžně používá k velmi přesnému určování oběžné dráhy družic obíhajících kolem Země. Měřením času, který laserový puls potřebuje k cestě z povrchu Země k družici a zpět, je možné velmi přesně vypočítat vzdálenost, kterou urazil. V zásadě to funguje stejně jako při měření vzdálenosti rádiovými vlnami, ovšem s mnohem vyšší přesností, což je dáno kratší vlnovou délkou světla.

Koutové odražeče na první pohled trochu připomínají odrazky přezdívané „kočičí oči“, se kterými se můžete setkat na dálnicích. Jejich úkol je stejný – odrazit světlo přesně zpět k jeho zdroji, což obstarává jejich přesná vnitřní struktura. V případě přístroje LRA jde o 48 „rohů krychlí“, které byly jednotlivě podrobně zkontrolovány a proběhlo u nich i laboratorní měření vlastností. O přesná optická měření se postarali experti na Goddardově středisku. LRA svými rozměry připomíná běžný notebook a pro NASA jej vyrobila firma KBR. Při výrobě se vycházelo ze starší verze LRA, která byla vypuštěna na americké sondě LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter). „Tento LRA je větší a odrazí více než 12× více laserového světla než ten na LRO. Má totiž 48 rohů krychlí o průměru 4 centimetry namísto 12 odrazných krychlí s průměrem 3 centimetry. Příležitost je v tomto případě opravdu jedinečná,“ říká Stephen Merkowitz, manažer NASA pro projekty kosmické geodezie.

Sonda Lunar Pathfinder bude obíhat Měsíc po silně protáhlé dráze, kterou ESA označuje jako „zmrzlou (frozen)“. Ta je navržena tak, aby zajistila optimální pokrytí jižního pólu Měsíce, což je oblast hlavního zájmu pro budoucí průzkum. Během demonstrací se sonda v prostoru otočí tak, aby (většinou během pětidenního experimentálního okna) LRA, anténa přijímače NaviMoon i transpondér rádiového měření vzdálenosti v pásmu X, které budou všechny umístěny na stejném panelu, mířily směrem k Zemi. Tím se maximalizují dosažitelné výkony tří různých geodetických technik, které budou poprvé v historii použity současně na oběžné dráze Měsíce.

Program International Laser Ranging Service má v současné době čtyři stanice schopné laserového měření pozice na lunární vzdálenost – tři se nachází v Evropě (Grasse, Wetzel a Matera) a jedna v USA (Apache Point). Kromě toho agentura ESA zvažuje zapojení své vlastní laserové měřicí stanice na ostrově Tenerife, která momentálně prochází procesem modernizace. Dalším krokem na dlouhé cestě nyní bude závěrečná inspekce LRA, kterou obstará firma SSTL, než dojde k integraci přístroje na Lunar Pathfider. Pole koutových odražečů musí být velmi přesně usazeno a zarovnáno, aby byla zajištěna co nejvyšší přesnost určování pozice.

„Pro SSTL je to první část letového hardwaru pro Lunar Pathfinder a také je to výsledek jedinečné spolupráce mezi ESA, NASA a SSTL. Nemůžeme se dočkat, až tento přístroj pro laserové měření vzdálenosti jednou otestujeme, až náš Lunar pathfinder odstartuje,“ uvedla Lily Forward z firmy SSTL, která ve firmě pracuje jako inženýrka systémů mise Lunar Pathfinder. V dalších desetiletích pak vyhrazené dráze řady Moonlight a třeba i dodatečný hardware na povrchu Měsíce pomohou založit společnou komunikační a navigační infrastrukturu pro všechny lunární mise. V zásadě tím Měsíc přiblížíme k Zemi a jak říká ESA, uděláme z něj osmý pozemský kontinent.

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.esa.int/var/esa/storage/…/Corner_cubes_making_up_Retroreflector_Array.jpg
https://www.esa.int/var/esa/storage/…/Laser_Retroreflector_Array.jpg
https://www.esa.int/var/esa/storage/…/23463393-2-eng-GB/Lunar_Pathfinder.png
https://www.esa.int/var/esa/storage/…/NaviMoon_receiver_and_Low_Noise_Amplifier.jpg
https://www.esa.int/var/esa/storage/…/Team_overseeing_delivery.jpg
https://www.esa.int/…will_relay_communications_from_orbital_and_surface_missions.png
https://www.esa.int/…ranging_station_in_Tenerife_aims_its_green_laser_to_the_sky.jpg