Réflecteur laser de la NASA pour la navigation par satellite de l’ESA sur Lunar Pathfinder

La NASA a livré un réseau de rétroréflecteurs à l’ESA qui permettra à la mission Lunar Pathfinder d’être détectée par des stations de télémétrie laser sur Terre alors qu’elle orbite autour de la lune. De telles mesures laser au niveau centimétrique serviront de vérification indépendante du vaisseau spatial alors qu’il ajuste sa position à l’aide de signaux Galleo et GPS à une distance sans précédent de 400 000 km de la Terre, prouvant le concept de navigation lunaire tout en assurant également un relais de télécommunications avant l’initiative Moonlight dédiée de l’ESA.

Protégé dans plusieurs couches d’emballage avec des “montres de choc” en trois dimensions à l’intérieur du boîtier d’expédition, pour détecter tout traitement brutal, le réseau de rétroréflecteurs laser de la NASA, LRA, a été livré avec succès à Surrey Satellite Technology Ltd, SSTL, à Guildford, Royaume-Uni

Après déballage et suivant les procédures établies, une inspection visuelle du LRA a été effectuée conjointement par l’ESA, la NASA et SSTL, confirmant qu’il n’y avait pas de rayures ni d’entailles dans l’optique. En conséquence, l’instrument a été officiellement accepté par l’ESA le 4 novembre 2022 et remis à SSTL pour intégration à bord de leur vaisseau spatial de la taille d’une machine à laver, dont le lancement est prévu en 2025.

Le Lunar Pathfinder de SSTL servira de satellite relais de télécommunications pour les futures missions lunaires, avec l’ESA comme client majeur, tandis que la NASA utilisera également ses services au lieu de livrer le Lunar Pathfinder en orbite lunaire via le Commercial Lunar its Payload Services (CLPS). ) initiative.

“La livraison d’aujourd’hui est un élément supplémentaire de cette collaboration unique ESA-NASA, qui comprend une campagne de tests en orbite pour démontrer l’utilisation des signaux de navigation par satellite en orbite lunaire et de la télémétrie laser pour valider ces correctifs de positionnement de navigation par satellite”, a expliqué Javier Ventura- Traveset, chef du Galileo Navigation Science Office de l’ESA et coordinateur des activités de navigation lunaire de l’ESA.

Aujourd’hui, le suivi d’un vaisseau spatial en orbite lunaire nécessite plusieurs stations au sol pour effectuer la télémétrie. Lunar Pathfinder utilisera un transpondeur standard en bande X à cette fin, mais transportera en outre le récepteur NaviMoon Global Navigation Satellite System de l’ESA.

L’obtention de repères de position à partir de Galileo et du GPS dans l’espace nécessite des techniques d’ingénierie et de traitement du signal intelligentes, car les signaux atteignant l’orbite lunaire sont des millions de fois plus faibles que ceux que nous recevons avec nos smartphones ou nos voitures. Mais le succès signifierait que les futures missions lunaires pourraient se diriger efficacement – ajustant automatiquement leur position à l’aide du GNSS à mieux que 100 m, une amélioration d’un ordre de grandeur par rapport à la portée actuelle de la radio – tout en citant l’utilisation d’infrastructures au sol coûteuses.

Javier a ajouté : « L’ESA et la NASA sont toutes deux intéressées par l’exploitation des données LRA avec notre récepteur de navigation par satellite NaviMoon, ce qui permettra la vérification croisée des repères de positionnement sur des distances cislunaires et ouvrira de nouvelles possibilités en géodésie lunaire. Ces tests fourniront également une technologie très importante. étude pour l’initiative Moonlight de l’ESA, qui fournira avant la fin de cette décennie un réseau autonome de satellites de communication et de navigation soutenant l’exploration lunaire.”

Les rétroréflecteurs laser sont une technologie spatiale bien établie, couramment utilisée pour déterminer avec précision l’orbite des satellites autour de la Terre. En mesurant le temps de vol des impulsions laser pour se rendre de la Terre au satellite et vice-versa, sa distance précise peut être calculée, de la même manière que la télémétrie radio, mais avec une plus grande précision en raison de la courte longueur d’onde de la lumière.

De près, ils ressemblent à des “yeux de chat” en miroir intégrés dans les autoroutes pour refléter la lumière exactement vers sa source, grâce à une configuration de réflexion interne complexe – un total de 48 “coins de cube” dans le cas de la LRA, qui est individuelle et stricte . contrôlés et mesurés en laboratoire. Les performances optiques du réseau ont été mesurées avec précision au Goddard Space Flight Center de la NASA.

De la taille d’un ordinateur portable, le LRA a été construit pour la NASA par KBR, sur la base d’un ancien LRA volant déjà sur le Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA. Stephen Merkowitz, responsable du projet de géodésie spatiale de la NASA, a déclaré : “Ce LRA est plus grand et renverra plus de 12 fois la lumière laser que celui de LRO car il a 48 cubes d’angle de 4 cm de diamètre, par rapport aux 12 cubes réflecteurs de LRO à 3 cm de diamètre. Cette fois est unique.”

Lunar Pathfinder orbitera sur une «orbite lunaire gelée» hautement elliptique, conçue pour optimiser la couverture du pôle sud de la lune, le principal objectif des futurs efforts d’exploration. Pour cette démonstration, le satellite Lunar Pathfinder sera réorienté en orbite, généralement sur une fenêtre expérimentale continue de cinq jours, de sorte que le LRA, l’antenne du récepteur NaviMoon et le télémètre en bande X, tous situés sur le même panneau que le satellite , pointant vers la Terre. Cela maximisera les performances réalisables et la visibilité conjointe de ces trois méthodes géodésiques, qui seront utilisées simultanément pour la première fois en orbite lunaire.

Le Service international de télémétrie laser dispose actuellement de quatre stations capables de laserer jusqu’à la distance lunaire, trois basées en Europe (Grasse, Wetzel et Matera) et une aux États-Unis (Apache Point). En outre, l’ESA envisage d’utiliser sa propre station de télémétrie laser basée à Tenerife, qui est actuellement en cours de modernisation.

Dans une prochaine étape, le LRA subira une inspection finale à SSTL avant d’être intégré au Lunar Pathfinder, qui doit être précis et aligné pour maximiser la précision de positionnement.

Lily Forward, SSTL Lunar Pathfinder Systems Engineer, a déclaré : « Il s’agit du premier matériel de vol de SSTL pour Lunar Pathfinder et est le résultat d’une excellente collaboration entre l’ESA, la NASA et SSTL. Nous sommes tous ravis de mettre l’expérience à l’essai une fois Lunar Pathfinder de SSTL est lancé.”

Puis, au cours de la prochaine décennie, des satellites Moonlight dédiés et éventuellement du matériel supplémentaire sur la surface lunaire établiront une infrastructure de communications et de navigation commune pour toutes les missions lunaires, rapprochant effectivement la lune de la Terre à terme, ce qui en ferait le huitième continent de notre planète.