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Legenda da imagem: A arquitetura “Lunar Network” da NASA pode fornecer serviços de navegação e comunicação perto da lua.

Nosso correspondente especial Chen Yang

À medida que a nova ronda de planos de exploração e desenvolvimento lunar se torna mais popular, a proposta de estabelecer um sistema de navegação lunar também está na agenda. De acordo com um relatório do South China Morning Post de Hong Kong de 14 de julho, cientistas chineses propuseram recentemente um plano de design para construir uma constelação de comunicação e navegação semelhante ao sistema de navegação Beidou que pode servir a lua inteira. Anteriormente, os Estados Unidos, a Europa e o Japão propuseram os seus próprios planos de navegação lunar. Então, quais são os desafios na construção de um sistema de navegação lunar?

Estudiosos chineses propõem plano de navegação lunar

O South China Morning Post citou um artigo publicado na revista China Space Science and Technology em junho dizendo que a equipe de pesquisa chinesa considerou exaustivamente vários indicadores em comunicações de retransmissão, navegação lunar, construção de constelações e custos de manutenção, e propôs um 21 O plano proposto para uma constelação de navegação espacial quase lunar composta por satélites visa fornecer navegação de alta precisão e longo prazo para atividades de exploração humana de alta densidade e longo prazo na Lua.

"South China Morning Post" afirmou que atualmente na superfície da Terra ou no espaço próximo à Terra, o Sistema de Posicionamento Global (GPS) dos EUA, o sistema de navegação por satélite Beidou da China, o sistema de navegação por satélite "Galileo" da Europa e o satélite "GLONASS" da Rússia são usados ​​principalmente O sistema de navegação fornece serviços de posicionamento e navegação de alta precisão para todos os climas para usuários em todo o mundo. Esses sistemas globais de navegação por satélite geralmente consistem em 20 a 35 satélites, com uma precisão de vários metros. Os usuários podem usar a combinação de sinais de pelo menos 4 satélites para posicionar com precisão e obter informações de tempo.

O plano de navegação na superfície lunar proposto pelos cientistas chineses é semelhante a este. A navegação requer que pelo menos quatro satélites estejam visíveis para o alvo ao mesmo tempo. De acordo com o relatório, o estudo também propõe uma rota de construção de constelação espacial quase lunar que irá gradualmente realizar a navegação de toda a Lua em três etapas. A equipe de pesquisa chinesa afirmou que a pesquisa de acompanhamento combinará a tecnologia de otimização de parâmetros orbitais para formar uma solução de navegação lunar mais sistemática.

O relatório mencionou que, embora o jornal não forneça um cronograma de construção específico, o plano preliminar para o projeto de exploração lunar da China e o plano para a estação internacional de pesquisa científica lunar já foram anunciados antes: a China planeja enviar astronautas à Lua antes de 2030, e enviar astronautas à Lua até 2035. Uma estação internacional de pesquisa científica lunar com funções basicamente completas e elementos básicos de suporte foi construída há dois anos com o pólo sul lunar como núcleo, e uma versão ampliada será construída até 2045.

Os Estados Unidos, a Europa e o Japão propuseram planos de navegação lunar

Nos últimos anos, a construção de constelações espaciais quase lunares está se tornando um tema quente na pesquisa aeroespacial. Com cada vez mais atividades de exploração e desenvolvimento lunar, a ideia de estabelecer um sistema de navegação lunar é constantemente proposta. A fim de atender às necessidades de navegação do programa de pouso tripulado na Lua "Artemis" dos EUA, cientistas do Laboratório de Propulsão a Jato da Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) confirmaram em 2020, após cálculos, que o sinal do satélite GPS estava próximo da lua, a 380.000 quilômetros de distância. Ainda é capaz de prestar serviços. Diz-se que a espaçonave na órbita lunar pode obter os sinais de 5 a 13 satélites GPS, e a precisão de posicionamento está entre 200 e 300 metros.

Mas se você quiser realizar atividades de exploração e desenvolvimento em larga escala na superfície lunar, essa precisão de posicionamento está longe de ser suficiente. Um relatório da Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA) mostra que a intensidade do sinal de um sistema global de navegação por satélite operando perto da Terra, perto da Lua, a 380.000 quilômetros de distância, é apenas 1/30 da intensidade do sinal terrestre, e devido à obstrução do própria lua, esses sinais de navegação não podem ser recebidos do outro lado da lua. Ao mesmo tempo, a superfície da Lua está coberta de crateras e os fracos sinais de navegação da Terra são facilmente bloqueados por colinas e bordas de crateras. Portanto, são necessários satélites de comunicação de retransmissão especiais para fornecer suporte. A China já tem experiência bem-sucedida na retransmissão de comunicações lunares. Os satélites Queqiao-1 e Queqiao-2 lançados em 2018 e 2024 forneceram suporte de comunicação de retransmissão para múltiplas missões de exploração lunar.

Em 2020, a NASA propôs a arquitetura "Rede Lunar" para apoiar o programa "Artemis", que pode atender às necessidades de comunicação entre astronautas e espaçonaves na superfície lunar e perto dela, e também permite que astronautas e rovers se comuniquem na superfície lunar Rugged. superfície lunar para obter informações de posição e hora. Por esta razão, a NASA lançou o "Sistema de Navegação e Retransmissão de Comunicação Lunar" em janeiro de 2022 e planeja lançar vários satélites operando na órbita lunar. Em 28 de junho de 2022, foi lançada a sonda “Capstone” dos EUA. A sonda do tamanho de micro-ondas é anunciada como “o primeiro satélite de navegação lunar do mundo”, e uma das suas missões é verificar e testar novas tecnologias de navegação para reduzir o risco de missões futuras.

A Europa também está a avançar com planos para serviços de comunicações lunares. Em 2021, a Agência Espacial Europeia (ESA) lançou o plano "Moonlight", propondo construir um sistema lunar sustentável de comunicações e navegação compartilhada (LCNS) por volta de 2027, e planeja lançar o primeiro "Lunar Pathfinder" em 2025. O satélite conduz técnicas verificação em uma órbita elíptica congelada.

Em 2022, a JAXA do Japão também propôs o "Sistema de Navegação Lunar por Satélite (LNSS)", que planeja implantar oito satélites na órbita elíptica lunar para fornecer comunicações de retransmissão e serviços de navegação e posicionamento para detectores na região do pólo sul lunar.

Não é fácil construir um sistema de navegação lunar

Embora já existam quatro grandes sistemas globais de navegação e posicionamento perto da Terra, não é fácil “movê-los” para a superfície da Lua. Segundo o site da NASA, a primeira coisa que afeta a construção do sistema de navegação lunar é a questão do tempo lunar. Os últimos cálculos da NASA mostram que, de acordo com o efeito de "dilatação do tempo" da teoria da relatividade, em comparação com o tempo na superfície da Terra, o tempo na superfície da Lua é 57,5 ​​microssegundos mais rápido por dia terrestre, e até mesmo o tempo na superfície da Lua é diferente daquele na órbita da lua. Considerando que a precisão do tempo do sistema global de navegação e posicionamento atingiu o nível de microssegundos, este impacto do tempo lunar não pode ser ignorado. E a Lua atualmente não tem um padrão de tempo independente. O programa de exploração lunar de cada país usa sua própria escala de tempo e a converte para o “Tempo Universal Coordenado”. No entanto, com o número crescente de actividades de exploração lunar, o problema dos padrões inconsistentes do tempo lunar está a tornar-se cada vez mais sério. Em Novembro de 2022, representantes de agências espaciais globais e organizações académicas reuniram-se no Centro Europeu de Investigação e Tecnologia Espacial da Agência Espacial Europeia para elaborar recomendações sobre como definir a hora lunar. Patrizia Tavera, diretora do Departamento de Tempo do Bureau Internacional de Pesos e Medidas, disse que se não for estabelecida uma hora lunar oficial, as agências espaciais nacionais e as empresas privadas agirão de acordo com os seus próprios planos.

Em segundo lugar, a NASA afirmou que os quatro principais sistemas globais de navegação e posicionamento são baseados no Sistema Global de Observação Geodésica (GGOS). Somente através deste último podem ser obtidas coordenadas e altitudes unificadas e coordenadas da superfície terrestre. No entanto, atualmente não existe um sistema de coordenadas geográficas semelhante estabelecido na superfície lunar‌. A Agência Nacional de Inteligência Geoespacial (NGA) dos EUA está avançando no trabalho de medição relacionado e estabelecendo um "Sistema de Referência Lunar (LRS)", mas isso requer uma grande quantidade de dados de observação. A NASA reconheceu que não espera que desempenhe um papel no programa Artemis num futuro próximo.

Além disso, a implementação específica do plano de navegação lunar também será afetada pela forma e massa da própria lua. Por exemplo, a estrela retransmissora Queqiao-2 adota uma grande órbita elíptica congelada ao redor da lua como sua órbita de missão. Devido à forma e estrutura irregulares da lua, as espaçonaves que voam perto da lua são afetadas por fatores como a gravidade da lua. e suas órbitas de vôo estão sujeitas a desvios.

É importante notar que os programas de navegação lunar dos Estados Unidos, Europa e Japão planeiam fornecer serviços de navegação lunar melhorados através da cooperação mútua e construir padrões internacionais. Os Estados Unidos e a Europa também começarão a testar o uso de sinais fracos de navegação por satélite emitidos por sondas terrestres para calcular posições na Lua a partir de 2024. ▲