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Pie de imagen: La arquitectura "Red Lunar" de la NASA puede proporcionar servicios de navegación y comunicación cerca de la Luna.

Nuestro corresponsal especial Chen Yang

A medida que la nueva ronda de planes de exploración y desarrollo lunar se vuelve más popular, también se ha incluido en la agenda la propuesta de establecer un sistema de navegación lunar. Según un informe del South China Morning Post de Hong Kong del 14 de julio, los científicos chinos propusieron recientemente un plan de diseño para construir una constelación de comunicaciones y navegación similar al sistema de navegación Beidou que pueda servir a toda la Luna. Anteriormente, Estados Unidos, Europa y Japón propusieron sus propios planes de navegación lunar. Entonces, ¿cuáles son los desafíos en la construcción de un sistema de navegación lunar?

Académicos chinos proponen plan de navegación lunar

El South China Morning Post citó un artículo publicado en junio en la revista China Space Science and Technology que decía que el equipo de investigación chino consideró exhaustivamente varios indicadores, como las comunicaciones por retransmisión, la navegación lunar, la construcción de constelaciones y los costos de mantenimiento, y propuso un 21 El concepto de una constelación de navegación espacial casi lunar compuesta por 10 satélites tiene como objetivo proporcionar una navegación de alta precisión y a largo plazo para las actividades de exploración de alta densidad y a largo plazo de los seres humanos en la Luna.

El "South China Morning Post" afirmó que actualmente en la superficie terrestre o en el espacio cercano a la Tierra se utilizan principalmente el sistema de posicionamiento global (GPS) de EE. UU., el sistema de navegación por satélite Beidou de China, el sistema de navegación por satélite "Galileo" de Europa y el satélite "GLONASS" de Rusia. El sistema de navegación proporciona servicios de navegación y posicionamiento de alta precisión en todo clima a usuarios de todo el mundo. Estos sistemas globales de navegación por satélite suelen constar de 20 a 35 satélites, con una precisión de varios metros. Los usuarios pueden utilizar la combinación de señales de al menos 4 satélites para posicionar con precisión y obtener información horaria.

El plan de navegación en la superficie lunar propuesto por científicos chinos es similar a este. La navegación requiere que al menos cuatro satélites sean visibles para el objetivo al mismo tiempo. Según el informe, el estudio también propone una ruta de construcción de una constelación espacial cercana a la Luna que permitirá realizar gradualmente la navegación de toda la Luna en tres etapas. El equipo de investigación chino afirmó que la investigación de seguimiento combinará la tecnología de optimización de parámetros orbitales para formar una solución de navegación lunar más sistemática.

El informe menciona que, aunque el documento no proporciona un calendario de construcción específico, el plan preliminar para el proyecto de exploración lunar de China y el plan para la estación internacional de investigación científica lunar se han anunciado antes: China planea enviar astronautas a la luna antes de 2030, y enviar astronautas a la luna para 2035. Hace dos años se construyó una estación internacional de investigación científica lunar con funciones básicamente completas y elementos de apoyo básicos con el polo sur lunar como núcleo, y se construirá una versión ampliada para 2045.

Estados Unidos, Europa y Japón han propuesto planes de navegación lunar.

En los últimos años, la construcción de constelaciones en el espacio cercano a la Luna se está convirtiendo en un tema candente en la investigación aeroespacial. Con cada vez más actividades de exploración y desarrollo lunar, constantemente se propone la idea de establecer un sistema de navegación lunar. Para satisfacer las necesidades de navegación del programa estadounidense de alunizaje tripulado "Artemis", los científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) confirmaron en 2020, tras cálculos, que la señal del satélite GPS estaba cerca de la Luna, a 380.000 kilómetros de distancia. Todavía es capaz de proporcionar servicios. Se dice que la nave espacial en la órbita lunar puede obtener las señales de 5 a 13 satélites GPS y la precisión de posicionamiento es de entre 200 y 300 metros.

Pero si se desea llevar a cabo actividades de exploración y desarrollo a gran escala en la superficie lunar, esa precisión de posicionamiento está lejos de ser suficiente. Un informe de la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) muestra que la intensidad de la señal de un sistema global de navegación por satélite que opera cerca de la Tierra cerca de la Luna, a 380.000 kilómetros de distancia, es sólo 1/30 de la intensidad de la señal terrestre, y debido a la obstrucción del Luna misma, estas señales de navegación no se pueden recibir desde el lado opuesto de la Luna. Al mismo tiempo, la superficie de la Luna está cubierta de cráteres y las débiles señales de navegación de la Tierra son fácilmente bloqueadas por colinas y bordes de cráteres. Por lo tanto, se necesitan satélites de comunicación de retransmisión especiales para brindar apoyo. China ya tiene una experiencia exitosa en la retransmisión de comunicaciones lunares. Los satélites Queqiao-1 y Queqiao-2 lanzados en 2018 y 2024 han proporcionado apoyo de retransmisión de comunicaciones para múltiples misiones de exploración lunar.

En 2020, la NASA propuso la arquitectura "Red Lunar" para respaldar el programa "Artemis", que puede satisfacer las necesidades de comunicación entre los astronautas y las naves espaciales en y cerca de la superficie lunar, y también permite que los astronautas y los rovers se comuniquen en la superficie lunar. superficie lunar para obtener información de posición y hora. Por este motivo, la NASA lanzó el "Sistema de navegación y retransmisión de comunicación lunar" en enero de 2022 y planea lanzar múltiples satélites que operen en órbita lunar. El 28 de junio de 2022 se lanzó la sonda estadounidense "Capstone". La sonda del tamaño de un microondas está anunciada como "el primer satélite de navegación lunar del mundo" y una de sus misiones es verificar y probar nuevas tecnologías de navegación para reducir el riesgo de futuras misiones.

Europa también está avanzando en planes para servicios de comunicaciones lunares. En 2021, la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzó el plan "Moonlight", que propone construir un sistema lunar compartido de comunicaciones y navegación (LCNS) sostenible alrededor de 2027, y planea lanzar el primer "Lunar Pathfinder" en 2025. El satélite realiza pruebas técnicas verificación en una órbita elíptica congelada.

En 2022, la JAXA de Japón también propuso el "Sistema de Navegación por Satélite Lunar (LNSS)", que planea desplegar ocho satélites en la órbita elíptica lunar para proporcionar comunicaciones de retransmisión y servicios de navegación y posicionamiento para detectores en la región del polo sur lunar.

No es fácil construir un sistema de navegación lunar

Aunque ya existen cuatro importantes sistemas globales de navegación y posicionamiento cerca de la Tierra, no es fácil "moverlos" a la superficie de la Luna. Según el sitio web de la NASA, lo primero que afecta a la construcción del sistema de navegación lunar es la cuestión del tiempo lunar. Los últimos cálculos de la NASA muestran que, según el efecto de "dilatación del tiempo" de la teoría de la relatividad, en comparación con el tiempo en la superficie de la Tierra, el tiempo en la superficie de la Luna es 57,5 ​​microsegundos más rápido por día terrestre, e incluso el tiempo en la superficie de la Luna. es diferente al de la órbita de la luna. Teniendo en cuenta que la precisión del tiempo del sistema global de navegación y posicionamiento ha alcanzado el nivel de microsegundos, este impacto del tiempo lunar no puede ignorarse. Y la Luna actualmente no tiene un estándar de tiempo independiente. El programa de exploración lunar de cada país utiliza su propia escala de tiempo y la convierte al "Tiempo Universal Coordinado". Sin embargo, con el creciente número de actividades de exploración lunar, el problema de la inconsistencia de los estándares de tiempo lunar se está volviendo cada vez más grave. En noviembre de 2022, representantes de agencias espaciales mundiales y organizaciones académicas se reunieron en el Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial de la Agencia Espacial Europea para redactar recomendaciones sobre cómo definir la hora lunar. Patrizia Tavera, directora del Departamento de Tiempo de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas, afirmó que si no se establece una hora lunar oficial, las agencias espaciales nacionales y las empresas privadas actuarán según sus propios planes.

En segundo lugar, la NASA afirmó que los cuatro principales sistemas mundiales de navegación y posicionamiento se basan en el Sistema Global de Observación Geodésica (GGOS). Sólo a través de este último se pueden obtener coordenadas y altitudes de la superficie terrestre unificadas y coordinadas. Sin embargo, actualmente no existe ningún sistema de coordenadas geográficas similar establecido en la superficie lunar. La Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial (NGA) de Estados Unidos está avanzando en trabajos de medición relacionados y estableciendo un "Sistema de Referencia Lunar (LRS)", pero esto requiere una gran cantidad de datos de observación. La NASA reconoció que no espera que desempeñe un papel en el programa Artemis en un futuro próximo.

Además, la implementación específica del plan de navegación lunar también se verá afectada por la forma y masa de la propia luna. Por ejemplo, la estrella de relevo Queqiao-2 adopta una gran órbita elíptica congelada alrededor de la luna como órbita de su misión. Esto se debe a que la forma y estructura de la luna son irregulares y las naves espaciales que vuelan cerca de la luna se ven afectadas por factores como la gravedad de la luna. , y sus órbitas de vuelo son propensas a desviarse.

Vale la pena señalar que los programas de navegación lunar de Estados Unidos, Europa y Japón planean proporcionar servicios de navegación lunar mejorados a través de la cooperación mutua y establecer estándares internacionales. Estados Unidos y Europa también comenzarán a probar el uso de débiles señales de navegación por satélite emitidas por sondas terrestres para calcular posiciones en la Luna a partir de 2024. ▲