Проект «Артеміда» - нова місячна програма NASA
Супутникова навігаційна система GPS, яка використовується приблизно чотирма мільярдами людей у всьому світі, щоб з'ясувати, де вони знаходяться на Землі в будь-який момент, може бути використана для позиціонування на місячній орбіті і навколо неї під час майбутньої місії «Артеміда» - нової місячної програми NASA.
Команда NASA розробляє спеціальний приймач, який зможе приймати сигнали про місцезнаходження, що надаються 24-32 діючими супутниками GPS.
GPS моніторинг на Місяці
GPS експлуатується військовими США на висоті близько 20 тис. Км над поверхнею Землі і відкрита для всіх, у кого є GPS-приймач. Ці ж сигнали GPS надають дані про місце розташування, використовувані в навігаційних системах транспортних засобів, інтерактивних картах і пристроях стеження і моніторингу транспорту всіх типів, а також у багатьох інших додатках.
Така можливість незабаром може також надати навігаційні рішення для астронавтів і наземних диспетчерів, які експлуатують космічний корабель Orion і місячну базу Lunar Gateway.
GPS - це система, що складається з трьох частин: супутників, наземних станцій і приймачів. Наземні станції відстежують супутники, а приймач, подібний до тих, які можна знайти в телефоні або автомобілі, постійно прослуховує сигнал від цих супутників. Приймач розраховує відстань від чотирьох або більше супутників, щоб точно визначити місце розташування.
Замість того, щоб переміщатися по вулицях на Землі, космічний корабель, обладнаний вдосконаленим приймачем GPS, може незабаром бути поєднаний з точними картографічними даними, щоб допомогти астронавтам відстежувати своє місце розташування в величезному океані простору між Землею і Місяцем або через кратерну місячну поверхню.
Навігаційні служби поблизу Місяця історично надавалися мережами зв'язку NASA. Мережа GPS, має більше супутників і має ширші можливості по обробці сигналів для безлічі користувачів, що зможе зменшити навантаження на мережі NASA, тим самим вивільнивши цю пропускну здатність для передачі даних в інших цілях.
Те, що ми намагаємося зробити, - це використовувати існуючу інфраструктуру для навігаційних цілей, а не будувати нову інфраструктуру навколо Місяця,
- сказав інженер і головний дослідник Мунтер Хассунех з Центру космічних польотів ім. Годдарда в Грінбелті, штат Меріленд.
NASA працює над розширенням навігації на основі GPS на великі висоти над орбітою супутників вже більше десяти років і тепер вважає, що її використання на Місяці, яка знаходиться на відстані близько 402 тис. Км від Землі, може бути здійснено. Ми використовуємо інфраструктуру, яка була побудована для наземної навігації, для додатків за межами Землі,
- сказав Джейсон Мітчелл, головний технолог відділу з проектування та аналізу систем Центру ім. Годдарда.
Проект MMS для GPS
Використання GPS для навігації в космосі стало можливим завдяки успіху «Магнетосферной мультімасштабной місії» (Magnetospheric Multiscale - MMS). Фактично за допомогою проекту MMS половина рішення з навігацією на Місяці вже готове.
Червоні еліпси показують траєкторії орбіти MMS під час першої та другої фаз місії. Кожен космічний корабель за допомогою сигналів GPS - які надходять від супутників, розташованих уздовж зеленого кола, зображеного навколо Землі, - з далекої сторони Землі, щоб відстежувати його положення.
Місячний GPS-приймач, який інженери почали розробляти на початку 2000-х спеціально для місії NASA MMS, першої в історії місії з вивчення того, як магнітні поля Сонця і Землі з'єднуються і роз'єднуються.
Мета полягала в створенні спеціального GPS-приймача, встановленого на космічному супутнику і пов'язаних з ним алгоритмів, які могли б швидко отримувати і відстежувати радіохвилі GPS навіть в областях зі слабким сигналом. Навігатор тепер вважається обов'язковим елементом в технології MMS.
Без GPS-навігатора чотири ідентично обладнаних космічних супутника MMS не могли б літати на орбіті, яка досягає 185 тис. км від центру Землі, що набагато вище сузір'я GPS і приблизно на півдорозі до Місяця.
NASA роками просуває технологію GPS на великих висотах. GPS навколо Місяця - наступна межа,
- сказав Люк Вінтерніц, архітектор системи приймача MMS-навігатора.
Необхідні удосконалення технології розширення використання GPS до Місяця зажадає деяких поліпшень в порівнянні з бортовою системою GPS MMS, включаючи антену з високим посиленням, поліпшений годинник і оновлену електроніку.
Команда проекту вирішує ці проблеми - завдяки багаторічним інвестиціям Центру ім. Годдарда в важливі технології, особливо в області мініатюризації.
Технологія NavCube
Нинішня концепція місячного GPS-приймача заснована на NavCube, новій можливості, розробленій в результаті злиття MMS Navigator GPS і SpaceCube, реконфігурованій, дуже швидкій бортовій комп'ютерній платформі.
Більш потужний NavCube, розроблений з підтримкою IRAD, недавно був запущений на Міжнародну космічну станцію, де передбачається використовувати його розширену здатність обробляти сигнали GPS в рамках демонстрації рентгенівської зв'язку в космосі.
Потужність обробки GPS NavCube в поєднанні з приймачем для місячних відстаней повинна забезпечувати можливості необхідні для використання GPS на Місяці. Раніше в 2019 році команда змоделювала характеристики місячного GPS-приймача і отримала багатообіцяючі результати. До кінця цього року команда планує завершити створення місячного прототипу апаратного забезпечення NavCube і вивчити варіанти демонстрації польоту.
NASA і наші партнери повертаються на Місяць назавжди. NASA знадобляться навігаційні можливості, такі як ця, для стійкої присутності на Місяці, і ми розробляємо відповідні технології, щоб це сталося,
- сказав Мітчелл.
Віртуальний погляд на місію Артеміда-1 дивіться у відео: