Το GPS, ένα δορυφορικό σύστημα πλοήγησης που χρησιμοποιείται από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια ανθρώπους σε όλο τον κόσμο για να υπολογίσει πού βρίσκονται στη Γη ανά πάσα στιγμή, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να μπει μέσα και γύρω από τη σεληνιακή τροχιά κατά τη διάρκεια των αποστολών της Άρτεμις .
Μια ομάδα της NASA αναπτύσσει έναν ειδικό δέκτη που θα είναι σε θέση να πάρει τα σήματα θέσης που παρέχονται από τους 24 έως 32 δορυφόρους του Global Positioning System, γνωστότερα ως GPS. Το GPS χρησιμοποιείται από τον αμερικανικό στρατό περίπου 12.550 μίλια πάνω από την επιφάνεια της Γης και είναι ανοικτό σε οποιονδήποτε με δέκτη GPS. Αυτά τα ίδια σήματα GPS παρέχουν δεδομένα θέσης που χρησιμοποιούνται σε συστήματα πλοήγησης οχημάτων, διαδραστικούς χάρτες και συσκευές παρακολούθησης όλων των τύπων, μεταξύ πολλών άλλων εφαρμογών.
Μια τέτοια ικανότητα θα μπορούσε σύντομα να παρέχει και λύσεις πλοήγησης σε αστροναύτες και ελεγκτές εδάφους που λειτουργούν το διαστημικό σκάφος Orion , η πύλη σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη και αποστολές σεληνιακής επιφάνειας.
Το GPS είναι ένα σύστημα που αποτελείται από τρία μέρη: δορυφόρους, επίγειους σταθμούς και δέκτες. Οι σταθμοί εδάφους παρακολουθούν τους δορυφόρους και ένας δέκτης, όπως αυτοί που βρίσκονται σε ένα τηλέφωνο ή ένα αυτοκίνητο, ακούει συνεχώς για ένα σήμα από αυτούς τους δορυφόρους. Ο δέκτης υπολογίζει την απόσταση του από τέσσερις ή περισσότερους δορυφόρους για να εντοπίσει μια θέση. Αντί να περιηγούνται σε δρόμους στη Γη, ένα διαστημικό σκάφος εξοπλισμένο με προηγμένο δέκτη GPS μπορεί σύντομα να συνδυαστεί με ακριβή δεδομένα χαρτογράφησης για να βοηθήσει τους αστροναύτες να εντοπίσουν τις θέσεις τους στους τεράστιους ωκεανούς του χώρου μεταξύ των ακτών της Γης και της Σελήνης ή σε όλη την επιφάνεια .
Οι υπηρεσίες πλοήγησης κοντά στη Σελήνη έχουν ιστορικά παρασχεθεί από τα δίκτυα επικοινωνιών της NASA. Το δίκτυο GPS, το οποίο διαθέτει περισσότερους δορυφόρους και μπορεί να φιλοξενήσει περισσότερους χρήστες, θα μπορούσε να διευκολύνει τη φόρτωση των δικτύων της NASA, απελευθερώνοντας έτσι αυτό το εύρος ζώνης για άλλη μετάδοση δεδομένων.
“Αυτό που προσπαθούμε να κάνουμε είναι να χρησιμοποιήσουμε την υπάρχουσα υποδομή για ναυτιλιακούς σκοπούς, αντί να οικοδομήσουμε νέα υποδομή γύρω από τη Σελήνη”, δήλωσε ο μηχανικός και επικεφαλής ερευνητής Munther Hassouneh στο Goddard Space Flight Center στο Greenbelt, Maryland.
Η NASA εργάζεται για την επέκταση της πλοήγησης GPS σε μεγάλα υψόμετρα, πάνω από την τροχιά των δορυφόρων GPS, για περισσότερο από μια δεκαετία και τώρα πιστεύει ότι η χρήση της στη Σελήνη, η οποία είναι περίπου 250.000 μίλια από τη Γη, μπορεί να γίνει.
“Χρησιμοποιούμε υποδομή που χτίστηκε για επιφανειακή πλοήγηση στη Γη για εφαρμογές πέρα από τη Γη”, δήλωσε ο Jason Mitchell, επικεφαλής τεχνολόγος για την υπηρεσία Missioning Engineering και Analysis Systems του Goddard. “Η χρήση του για πλοήγηση σε υψηλότερο υψόμετρο έχει πλέον εδραιωθεί με την επιτυχία αποστολών όπως η αποστολή MMS (Magnetospheric Multiscale) και οι γεωστατικοί επιχειρησιακοί περιβαλλοντικοί δορυφόροι (GOES). Στην πραγματικότητα, με το MMS, είμαστε ήδη σχεδόν στα μισά του φεγγαριού. “
Ο σεληνιακός δέκτης GPS βασίζεται στο GPS Navigator, το οποίο αναπτύχθηκε από το Goddard, το οποίο οι μηχανικοί άρχισαν να αναπτύσσονται στις αρχές της δεκαετίας του 2000 ειδικά για την αποστολή MMS της NASA , την πρώτη αποστολή να μελετήσει πώς συνδέονται και αποσυνδέονται τα μαγνητικά πεδία του Sun και της Γης. Ο στόχος ήταν να οικοδομηθεί ένας δέκτης βασισμένος σε διαστημόπλοια και συναφείς αλγόριθμοι που θα μπορούσαν γρήγορα να αποκτήσουν και να παρακολουθήσουν ραδιοσυχνότητες GPS ακόμα και σε περιοχές με αδύναμα σήματα. Το Navigator θεωρείται πλέον ως τεχνολογία ενεργοποίησης για το MMS.
Χωρίς GPS Navigator, τα τέσσερα ταυτόσημα εξοπλισμένα διαστημικά σκάφη MMS δεν μπόρεσαν να πετάξουν στον σφιχτό σχηματισμό τους σε μια τροχιά που φτάνει μέχρι 115.000 μίλια από το κέντρο της Γης – πολύ πάνω από το GPS και περίπου στα μισά του δρόμου μέχρι τη Σελήνη.
“Η NASA πιέζει εδώ και χρόνια την τεχνολογία GPS μεγάλου υψομέτρου”, δήλωσε ο Luke Winternitz, ο αρχιτέκτονας του δέκτη MMS Navigator. “Το GPS γύρω από τη Σελήνη είναι το επόμενο σύνορο.”
Απαιτούνται βελτιώσεις τεχνολογίας
Η επέκταση της χρήσης του GPS στη Σελήνη θα απαιτήσει κάποιες βελτιώσεις σε σχέση με το ενσωματωμένο σύστημα GPS του MMS, συμπεριλαμβανομένης κεραίας υψηλής απόδοσης, ενισχυμένου ρολογιού και ενημερωμένων ηλεκτρονικών.
Η ομάδα αντιμετωπίζει αυτές τις προκλήσεις – χάρη στις πολυετείς επενδύσεις της Goddard σε σημαντικές τεχνολογίες γενικής εφαρμογής, ιδιαίτερα στον τομέα της μικρογράφησης.
“Το πρόγραμμα IRAD του Goddard μας έχει τοποθετήσει για να λύσουμε μερικά από τα προβλήματα που σχετίζονται με τη χρήση του GPS μέσα και γύρω από τη Σελήνη”, δήλωσε ο Μίτσελ προσθέτοντας ότι ένας μικρότερος και ισχυρότερος δέκτης GPS θα μπορούσε επίσης να υποστηρίξει τις ανάγκες πλοήγησης των SmallSats , συμπεριλαμβανομένης μιας νέας πλατφόρμας SmallSat. Οι μηχανικοί Goddard εξελίσσονται τώρα.
Η τρέχουσα σεληνιακή δέκτη GPS του δέκτη βασίζεται στο NavCube , μια νέα δυνατότητα που αναπτύχθηκε από τη συγχώνευση του Navigator GPS του MMS και του SpaceCube, μιας επαναρυθμιζόμενης, πολύ γρήγορης πλατφόρμας υπολογιστών πτήσης. Το ισχυρότερο NavCube, το οποίο αναπτύχθηκε με υποστήριξη από το IRAD, εγκαινιάστηκε πρόσφατα στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, όπου αναμένεται να χρησιμοποιήσει την ενισχυμένη ικανότητά του να επεξεργάζεται σήματα GPS ως μέρος μιας επίδειξης επικοινωνιών ακτίνων Χ στο διάστημα .
Η ισχύς επεξεργασίας GPS του NavCube σε συνδυασμό με δέκτη για σεληνιακές αποστάσεις θα πρέπει να παρέχει τις δυνατότητες που απαιτούνται για τη χρήση του GPS στη Σελήνη. Νωρίτερα φέτος, η ομάδα προσομοίωσε την απόδοση του σεληνιακού δέκτη GPS και βρήκε πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα. Μέχρι το τέλος του τρέχοντος έτους, η ομάδα σχεδιάζει να ολοκληρώσει το σεληνιακό πρότυπο υλικού NavCube και να διερευνήσει τις επιλογές για μια επίδειξη πτήσης.
“Η NASA και οι συνεργάτες μας επιστρέφουν για πάντα στη Σελήνη”, δήλωσε ο Mitchell. “Η NASA θα χρειαστεί ναυτιλιακές δυνατότητες όπως αυτή για μια βιώσιμη παρουσία στο φεγγάρι και αναπτύσσουμε τεχνολογίες που επιτρέπουν την επιτυχία της.”
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την τεχνολογία Goddard, επισκεφθείτε τη διεύθυνση : https://www.nasa.gov/sites /default/files/atoms/files/spring_2019_final_web_version.pdf