La Nasa ha entregado una matriz de retrorreflectores a la ESA que permitirá que la misión Lunar Pathfinder sea identificada por estaciones de alcance láser en la Tierra mientras orbita la Luna.
Estas mediciones láser de nivel centimétrico servirán como una verificación independiente de la nave espacial, ya que fija su posición utilizando señales Galileo y GPS desde una distancia sin precedentes de 400.000 kilómetros de la Tierra, lo que demuestra el concepto de navegación satelital lunar y también transmite telecomunicaciones antes de la iniciativa Moonlight de la ESA.
Protegido dentro de múltiples capas de embalaje con ‘relojes de choque’ en tres dimensiones dentro de la caja de envío, para detectar cualquier trato brusco, la matriz de retrorreflectores láser de la Nasa, LRA, se entregó con éxito a Surrey Satellite Technology Ltd, SSTL, en Guildford, Reino Unido.
Tras desembalar y seguir los procedimientos establecidos, la ESA, la Nasa y SSTL realizaron conjuntamente una inspección visual del LRA, confirmando que no presenta arañazos ni mellas en la óptica. Como resultado, el instrumento fue aceptado formalmente por la ESA el pasado día 4 y pasó a SSTL para su integración a bordo de su nave espacial del tamaño de una lavadora, que se lanzará en 2025.
El Lunar Pathfinder de SSTL servirá como satélite de retransmisión de telecomunicaciones para futuras misiones a la Luna, con la ESA como cliente principal, mientras que la Nasa también utilizará sus servicios a cambio de llevar el Lunar Pathfinder a la órbita lunar a través de sus Servicios Comerciales de Carga de la iniciativa Moonlight (CLPS).
“La entrega de hoy es un elemento adicional de esta colaboración única ESA-Nasa, que incluye una campaña de prueba en órbita para demostrar el uso de señales de navegación por satélite en la órbita lunar y el alcance láser para autenticar estas correcciones de posicionamiento pioneras de navegación por satélite”, explica Javier Ventura Traveset, director de la Oficina de Ciencias de la Navegación Galileo de la ESA y coordinación de las actividades de navegación lunar de esta agencia.
Hoy en día, el seguimiento de una nave espacial en órbita lunar requiere varias estaciones terrestres para realizar la medición por radio. Lunar Pathfinder empleará un transpondedor de banda X estándar para este propósito, pero además llevará el receptor del sistema satelital de navegación global NaviMoon de ESA.
Lograr posiciones fijas de Galileo y GPS tan lejos en el espacio requiere ingeniería inteligente y técnicas de procesamiento de señales, porque las señales que se extienden hasta la órbita lunar son millones de veces más débiles que las que recibimos usando nuestros teléfonos inteligentes o automóviles. Pero el éxito significaría que las futuras misiones a la Luna podrían conducirse por sí mismas de manera efectiva, fijando su posición automáticamente usando GNSS a más de 100 metros, una mejora de orden de magnitud con respecto al rango de radio actual, mientras renuncian al uso de una costosa infraestructura terrestre.
Ventura Traveset añade que «tanto la ESA como la Nasa están muy interesadas en explotar los datos del LRA con nuestro receptor de navegación por satélite NaviMoon, que permitirá la verificación cruzada de las posiciones fijas a lo largo de la distancia cislunar y abrirá nuevas posibilidades en la geodesia lunar. Estas pruebas también proporcionarán un aprendizaje tecnológico muy valioso para la iniciativa Moonlight de la ESA, que proporcionará antes de que finalice esta década una red autónoma de comunicaciones y satélites de navegación que apoyen la exploración lunar”.
Los retrorreflectores láser son una tecnología espacial bien establecida, normalmente utilizada para determinar con precisión la órbita de los satélites alrededor de la Tierra. Al medir el tiempo de vuelo de los pulsos láser para viajar desde la Tierra hasta el satélite y viceversa, se puede calcular su distancia precisa, de la misma manera que el alcance basado en radio, pero logrando una precisión mucho mayor debido a la corta longitud de onda de la luz.
En su enfoque, se asemejan a los ‘ojos de gato’ espejados incrustados en las autopistas para reflejar la luz con precisión de regreso a su fuente, gracias a una intrincada configuración de reflexión interna: un total de 48 ‘cubos de esquina’ en el caso del LRA, que fueron individualmente y rigurosamente inspeccionado y medido en el laboratorio. El rendimiento óptico de la matriz se midió con precisión en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la Nasa.
Aproximadamente del tamaño de un ordenador portátil, el LRA fue producido para la Nasa por KBR, basado en un LRA anterior que ya volaba en el Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la Nasa. Stephen Merkowitz, director de Proyectos de Geodesia Espacial de la Nasa, afirma que «este LRA es más grande y devolverá más de 12 veces la luz láser que el LRO, ya que tiene 48 cubos de esquina de cuatro centímetros de diámetro, en comparación con los 12 cubos reflectores del LRO, de tres centímetros de diámetro Esta oportunidad es bastante única”.
Lunar Pathfinder orbitará en una ‘órbita congelada lunar’ altamente elíptica, diseñada para optimizar la cobertura sobre el Polo Sur de la Luna, el foco principal de los futuros esfuerzos de exploración. Para esta demostración, el satélite Lunar Pathfinder se reorientará en órbita, generalmente durante una ventana experimental continua de cinco días, de modo que el LRA, la antena del receptor NaviMoon y el transpondedor de banda X, todos ubicados en el mismo panel del satélite, juntos apuntan hacia la Tierra. Esto maximizará el rendimiento alcanzable y la visibilidad conjunta de estas tres técnicas geodésicas, que se utilizarán simultáneamente por primera vez en la órbita lunar.
El Servicio Internacional de Telemetría por Láser cuenta actualmente con cuatro estaciones con capacidad de telemetría láser hasta la distancia lunar, tres con sede en Europa (Grasse, Wetzel y Matera) y una en EEUU (Apache Point). Además, la ESA está considerando el uso de su propia Estación de Telemetría Láser con sede en Tenerife, que actualmente se está actualizando.
Como siguiente paso, el LRA se someterá a una inspección final en SSTL antes de integrarse en el Lunar Pathfinder, que debe ajustarse y alinearse con precisión para maximizar la precisión del posicionamiento.
Lily Forward, ingeniera de sistemas de SSTL Lunar Pathfinder, afirma que “esta es la primera pieza de hardware de vuelo de SSTL para Lunar Pathfinder y es el resultado de una excelente colaboración entre la ESA, la Nasa y SSTL. Todos estamos ansiosos por poner a prueba este experimento de alcance una vez que se haya lanzado el Lunar Pathfinder de SSTL”.
Luego, en la próxima década, los satélites Moonlight dedicados y eventualmente hardware adicional en la superficie lunar establecerán una infraestructura común de comunicaciones y navegación para todas las misiones lunares, acercando efectivamente la Luna a la Tierra en términos prácticos, convirtiéndola en el octavo continente de nuestro planeta.
Moonlight se presentará a los ministros del espacio de Europa para su aprobación en el Consejo de la ESA a nivel ministerial en París los días 22 y 23 de este mes.