Daha önce hiçbir satnav’ın gitmediği ay

Benzersiz bir uydu navigasyon alıcısının test versiyonu, Lunar Pathfinder uzay aracında entegrasyon testi için teslim edildi. NaviMoon uydu navigasyon alıcısı, akıllı telefonlarımız veya arabalarımız tarafından kullanılanlardan milyonlarca kat daha sönük sinyaller kullanarak, Dünya’dan şimdiye kadarki en uzak konumlandırma düzeltmesini gerçekleştirmek üzere tasarlanmıştır.

ESA’nın Navigasyon Bilimi Ofisi Başkanı Javier Ventura-Traveset, “NaviMoon alıcımızın bu mühendislik modeli, ESA’nın ay ışığı girişimi bağlamında, ay için özel telekomünikasyon ve navigasyon hizmetleri geliştirmek için üretilen ilk donanım parçasıdır” diye açıklıyor. ve tüm ESA ay navigasyon faaliyetlerini yönetmek.

“Lunar Pathfinder misyonunda, 100 m’den daha az bir doğrulukla 400.000 km’den daha uzakta, şimdiye kadar yapılmış en uzak uydu navigasyon konumlandırma düzeltmesini gerçekleştireceği ayın etrafındaki yörüngeye uçacak. Bu olağanüstü bir durumu temsil ediyor. mühendislik zorluğu, çünkü böyle bir mesafede, kullandığı zayıf Galileo ve GPS sinyalleri, arka plan gürültüsünden zar zor ayırt edilebilir. Bu gösteri, ay yörüngesindeki navigasyon için gerçek bir paradigma değişikliği anlamına gelecektir.”

Çamaşır makinesi boyutundaki Lunar Pathfinder, İngiltere’de Surrey Satellite Technology Ltd, SSTL tarafından ticari bir görev olarak inşa ediliyor. ESA, uzay aracının onu Dünya’ya bağlayan ana X-bandı vericisinin yanına yerleştirilecek olan 1,4 kg’lık NaviMoon alıcısı da dahil olmak üzere konuk yüklerini finanse ediyor.

SSTL sistem mühendisi Lily Forward, “Bir görev için fiziksel donanım almak her zaman harikadır” diyor. “Bu mühendislik modeli alıcı, bu yıl içinde uçuş modeli alıcısını ve antenini almadan önce, tüm sistemlerimizin iletişimini ve birlikte düzgün çalışmasını test etme misyonumuzun ‘FlatSat Test Bed’ versiyonumuza entegre edilecek.”

Bu, SSTL’nin Dünya’nın ötesindeki ilk tam teşekküllü görevi olacak, diye ekliyor: “Kendisinden sonra gelecek sayısız bilimsel misyonun temellerini atan Lunar Pathfinder, hem yakın hem de uzak taraftaki varlıklara hizmet etmeyi amaçlayan bir iletişim röle uydusu. Güney Kutbu üzerinde uzun süreli kapsama için bir ‘eliptik ay donmuş yörüngesi’ – gelecekteki keşifler için özel bir odak noktası. Ardından, NaviMoon alıcısını test etmek için düzenli aralıklarla uzay aracını Dünya’ya yönlendireceğiz.”

Alıcıdan gelen Satnav konum düzeltmeleri, Lunar Pathfinder’ın X-bandı vericisi kullanılarak gerçekleştirilen geleneksel radyo menzilinin yanı sıra NASA tarafından sağlanan ve KBR şirketi tarafından geliştirilen bir retroreflektör kullanılarak gerçekleştirilen lazer menzil menzili ile karşılaştırılacaktır.

ESA navigasyon mühendisi Pietro Giordano, “Bu üç menzil tekniği, derin uzayda ilk kez birlikte kullanılacak,” diye açıklıyor. “Apollo misyonlarına kadar uzanan uzun bir ay lazer menzili mirası var ve kullandığımız retroreflektör, NASA’nın Lunar Reconnaissance Orbiter’ından bir evrim. değişen elde edebilirsiniz.

Prensipte bu, gelecekteki görevlerin, yerden yardım almadan tek başına uydu navigasyon sinyallerini kullanarak özerk bir şekilde aya gidebileceği anlamına gelebilir.”

Ultra zayıf satnav sinyallerini bulma

Burada, Dünya’da kullanılan uydu navigasyon sinyalleri, Avrupa’nın her yerinde parıldayan tek bir araba farına eşdeğer, zaten yok olacak kadar zayıf. Bu sinyaller, 20 kat daha fazla mesafeyi geçtikten sonra aya ulaştığında, suya sıçrayan bir taştan gelen dalgalanmalar gibi uzayda incelir.

Pietro, “Zorluğa ek olarak, satnav takımyıldızları uzaya iletmek için değil, antenlerini Dünya’ya dönük tutmak için tasarlandı” diye ekliyor. “Bu yüzden, bir el fenerinin kenarlarından saçılan ışık gibi çok daha zayıf ‘yan lob’ sinyallerine güveniyoruz. Bu sinyalleri kullanabilmek için, sinyal işleme teknikleri olan uzay tabanlı uydu navigasyonunda bir uzmana başvurduk. sihirli malzemeyi gerçekten kanıtladı.”

İsviçre merkezli SpacePNT, NaviMoon alıcı tasarımını denetledi. Şirketin başındaki Cyril Botteron, “2013 yılında bilimsel bir meydan okuma olarak ay-mesafeli uydu navigasyonu fikri üzerinde çalışmaya başladık,” diye açıklıyor.

“Galileo çift frekans sinyallerinin mevcut GPS uydularınınkilerle birleşimi, onu mümkün kılmaya başladı. Her ne kadar talep edilen aşırı hassasiyetle birlikte diğer büyük sorun, aydan itibaren tüm satnav uydularının Ay’da olmasıdır. Dünya’nın etrafındaki aynı dar gökyüzü geometrisi, periyodik olarak gözden kayboluyor.”

SpacePNT’nin bulduğu çözüm, yarım yüzyıldan fazla bir süredir Ay keşfinden yararlanıyor. Şirket, uyduya etki eden tüm kuvvetlerin dinamik bir yazılım modelini, ay, Dünya, güneş ve gezegenlerin yerçekimi etkilerinin yanı sıra güneş ışığının kendisinden gelen çok hafif itme (güneş radyasyon basıncı) ve faktörler de dahil olmak üzere alıcıya yükledi. saat hatası ve radyo sinyali yönü gibi.

Cyril şöyle açıklıyor: “Verilen bir ivmeyi deneyimlediğimiz için alıcı, büyük olasılıkla yörüngesindeki belirli bir noktada olduğuna karar verebilir. Genellikle bir uydu navigasyon alıcısının konumunu sabitlemek için dört uydudan gelen sinyallere ihtiyacı vardır, ancak bu yaklaşımla dörtten az sinyal bile olur. faydalı bilgiler elde etmek için hala yeterli, modeli herhangi bir hata sapmasını en aza indirecek şekilde sınırlandırıyor.”

İngiltere’deki Avrupa Mühendislik ve Danışmanlık (EECL), SpacePNT’nin tasarımını tamamen test edilmiş bir donanıma dönüştürme ve ayrıca kullanılabilir sinyalleri artırmak için gürültüyü eleyen çok önemli düşük gürültülü amplifikatörü tasarlama göreviyle görevlendirildi.

ECCL’nin kurucusu Ben Kieniewicz, “Amplifikatör, mümkün olan en iyi bileşenler kullanılarak elle ayarlanmış ve istenmeyen gürültüyü daha da azaltmak için ısı emici teknolojisini birleştiren, çift frekanslı satnav bantlarını kapsayan üst düzey özel bir çift yönlü yazıcıdır” diyor.

“Diğer tasarım yönlerine katkıda bulunmanın yanı sıra, uzay nitelikli temiz oda montaj ve test alanımızı kullanarak alıcıyı da inşa ettik, test ettik ve SSTL’ye teslim ettik.”

Lunar Pathfinder, 2024’ün sonunda fırlatılmaya hazır olacak ve önümüzdeki yıllarda başlayacak olan misyonlara yakın, uzak, yörünge ve kutup hizmetleri sunarak, ay çevresindeki birleşik telekomünikasyon ve navigasyon uydularından oluşan bir takımyıldızın temellerini atacak.

Javier, “Ay ışığı girişimimiz, üç ila dört uydunun ilk olarak ay yörüngesine yerleştirilmesini ve herhangi bir 24 saatte en az beş ardışık hizmet saatini sunarak, görevlerin çoğunun başlangıçta planlandığı ay güney kutbuna odaklanılmasını öneriyor” diye ekliyor. “Sistemimiz genişletilebilir olarak tasarlandı ve fikir, takımyıldızı kademeli olarak büyütmek ve büyük olasılıkla aydaki yüzey işaretlerini de içermek. Bu, ay yüzeyinde tam kapsama, daha yüksek kullanılabilirlik ve mükemmel doğruluk sağlayacak – harika bir fırsat. Avrupa.”