Während die Artemis-Missionen zum Mond reisen und die NASA die lange Reise zum Mars plant, werden neue Navigationsfähigkeiten der Schlüssel zu Wissenschaft, Entdeckung und menschlicher Erforschung sein.
Über die Commercial Lunar Payload Services-Initiative der NASA wird Firefly Aerospace aus Cedar Park, Texas, eine experimentelle Nutzlast zum Mare Crisium-Becken des Mondes liefern. Die Nutzlast des Lunar GNSS Receiver Experiment (LuGRE) der NASA wird zum ersten Mal auf dem Mond eine leistungsstarke neue Mondnavigationsfähigkeit testen, die die Signale des Global Navigation Satellite System (GNSS) der Erde nutzt. GNSS bezieht sich auf Satellitenkonstellationen, die üblicherweise für Positions-, Navigations- und Zeitgebungsdienste auf der Erde verwendet werden. GPS – die von der US Space Force betriebene GNSS-Konstellation – ist diejenige, mit der viele Amerikaner vertraut sind und die sie täglich verwenden.
„In diesem Fall gehen wir an die Grenzen dessen, was GNSS beabsichtigt hatte – nämlich die Erweiterung der Reichweite von Systemen, die zur Bereitstellung von Diensten für terrestrische, Luft- und Seenutzer gebaut wurden, um auch den schnell wachsenden Weltraumsektor einzubeziehen“, sagte JJ Miller, stellvertretender Direktor für Politik und strategische Kommunikation des Programms Space Communications and Navigation (SCaN) der NASA. „Dies wird die Präzision und Belastbarkeit dessen, was während der Apollo-Missionen verfügbar war, erheblich verbessern und flexiblere Ausrüstungs- und Einsatzszenarien ermöglichen.“
LuGRE – entwickelt in Partnerschaft mit der italienischen Raumfahrtagentur (ASI) – wird Signale sowohl von GPS als auch von der europäischen GNSS-Konstellation Galileo empfangen und sie verwenden, um die allerersten GNSS-Standorte auf dem Weg zum Mond und auf der Mondoberfläche zu berechnen .
„Weltraummissionen in Erdnähe verlassen sich seit langem auf GNSS für ihre Navigation und Zeitmessung“, sagte Joel Parker, LuGRE-Hauptforscher am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „In den letzten Jahren haben die NASA und die internationale Gemeinschaft die Grenzen dessen, was für möglich gehalten wurde, durch den Einsatz dieser Techniken im Space Service Volume und darüber hinaus verschoben.“
Missionen im GNSS Space Service Volume – von etwa 1.800 Meilen bis 22.000 Meilen Höhe – empfangen Signale, die von GNSS-Satelliten auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten über den Erdrand hinauslaufen. Die ersten Space Service Volume-Experimente fanden zu Beginn des neuen Jahrtausends statt. Seitdem nutzen zahlreiche Missionen im Space Service Volume zuverlässig GNSS zur Navigation.
Im Jahr 2016 setzte die Magnetospheric Multiscale Mission (MMS) der NASA GPS operativ in einer rekordverdächtigen Entfernung von 43.500 Meilen von der Erde ein. Dann, im Jahr 2019, brach MMS seinen eigenen Rekord, indem es seinen Standort mit GPS auf 116.300 Meilen von der Erde entfernt festlegte – fast auf halbem Weg zum Mond.
In diesen extremen Höhen benötigen Missionen extrem empfindliche GNSS-Empfänger. Die LuGRE-Mission wird einen spezialisierten Empfänger für schwache Signale verwenden, der von Qascom entwickelt wurde, einem italienischen Unternehmen, das sich auf Weltraum-Cybersicherheit und Sicherheitslösungen für die Satellitennavigation spezialisiert hat und von ASI finanziert wird.
Die LuGRE-Teams testen nun die Nutzlast in Vorbereitung auf die Auslieferung für die Integration in den Lander Firefly „Blue Ghost“ im November dieses Jahres. Der Start ist derzeit für frühestens 2024 von Cape Canaveral, Florida, an Bord einer SpaceX Falcon 9-Rakete geplant.
Während des mehrwöchigen Fluges zum Mond wird LuGRE GNSS-Signale sammeln und Navigationsexperimente in verschiedenen Höhen und im Mondorbit durchführen. Nach der Landung wird LuGRE seine Antenne aufstellen und mit der 12-tägigen Datenerfassung beginnen, mit dem Potenzial für erweiterte Missionsoperationen. NASA und ASI werden Daten, die mit der Erde verbunden sind, verarbeiten und analysieren und die Ergebnisse dann öffentlich teilen.
„LuGRE ist der jüngste Versuch in einer langen Reihe von Missionen, die darauf abzielen, die GNSS-Fähigkeiten in großer Höhe zu erweitern“, sagte Fabio Dovis, Co-Principal Investigator für LuGRE bei der italienischen Weltraumbehörde. „Wir haben ein hochmodernes Experiment entwickelt, das als Grundlage für funktionsfähige GNSS-Systeme auf dem Mond dienen wird.“
Die LuGRE-Mission soll die Weiterentwicklung von GNSS-basierten Navigationsfähigkeiten in der Nähe und auf dem Mond anregen, auch wenn die NASA plant, GNSS in großer Höhe operativ für zukünftige Mondmissionen einzusetzen. NASA und ASI werden die Ergebnisse dieser Arbeit über das International Committee on GNSS, ein Forum der Vereinten Nationen, das sich auf die Sicherstellung der Interoperabilität von GNSS-Signalen konzentriert, an die Weltraumgemeinschaft weitergeben. Diese Fähigkeiten sind auch ein wichtiges Sprungbrett für den Aufbau von LunaNet, einer Architektur, die kooperative Netzwerke zu nahtlosen Mondkommunikations- und Navigationsdiensten vereinen wird.
„Die Mondlieferungen, die wir von kommerziellen Anbietern beziehen, bieten eine Reihe innovativer neuer Technologien und Möglichkeiten, Experimente mit erschwinglichem Zugang zur Mondoberfläche durchzuführen“, sagte Jay Jenkins, Commercial Lunar Payload Services Program Executive. „LuGRE ist ein Beispiel für den Fortschritt, den Regierung und Industrie erzielen können, wenn sie sich in ihren Explorationszielen vereinen.“
Die Entwicklung neuer Anwendungen von GNSS für neu entstehende Weltraumoperationen ist eine Priorität für das SCaN-Programm im NASA-Hauptquartier als federführende Organisation, die für die Umsetzung der Leitlinien der Space Policy Directive-7 verantwortlich ist, die die NASA anweist, Anforderungen für die GPS-Unterstützung von Weltraumoperationen und Wissenschaft zu entwickeln höhere Umlaufbahnen und darüber hinaus in den cislunaren Raum.