Einsatz und Demonstration von Mondnavigationshilfen
Die Entwicklung von Lunar Navigation Beacons durch die NASA schreitet deutlich voran. Diese Leuchtfeuer werden es künftigen Raumfahrzeugen ermöglichen, sich selbst zu lokalisieren und Position, Geschwindigkeit und Zeit mit großer Genauigkeit zu bestimmen. Es gibt eine wachsende menschliche Präsenz in der Nähe des Mondes, da die Aktivitäten auf, in der Nähe und um seine Oberfläche herum weiter zunehmen. Diese Navigationshilfen sind entscheidend, damit sich Raumfahrzeuge und Menschen zurechtfinden. Ähnlich wie das Global Positioning System (GPS) auf der Erde Navigationssignale liefert, sind die Mondnavigationsbaken dafür gemacht, dasselbe zu tun.
Das als Lunar Node 1 (LN-1) bekannte S-Band-Navigationsfeuer wurde für Mondzwecke entwickelt. Als Teil der Bemühungen der NASA Commercial Lunar Payload Services (CLPS) wurde es kürzlich im Marshall Space Flight Center (MSFC) gebaut. Die Mission soll derzeit im ersten Quartal 2023 starten. Der von Intuitive Machines entwickelte Mondlander NOVA-C wird LN-1 auf die Mondoberfläche bringen.
Das Ziel von LN-1 ist es, Navigationssysteme zu zeigen, die nahe Oberflächen- und Orbitoperationen um den Mond herum ermöglichen können. Darüber hinaus werden sie die Autonomie fördern und die Abhängigkeit von stark genutzten erdgestützten Kommunikationsressourcen wie dem Deep Space Network der NASA verringern. Die Übertragung von Zustands- und Zeitdaten zurück zur Erde wird während der gesamten Mission von LN-1 durchgeführt. Die Daten werden von DSN-Bodenstationen aufgezeichnet, um die Leistung zu bewerten. Mehrere Referenzen müssen für Benutzer gleichzeitig sichtbar sein, um eine GPS-ähnliche Echtzeitlösung bereitzustellen. Hardware und Fähigkeiten von LN-1 könnten in eine viel größere Infrastruktur integriert werden, sobald dieses Mondkommunikationsnetzwerk eingerichtet ist.
Das Design des LN-1 nutzt CubeSat-Teile und Algorithmen des Autonomous Positioning System (MAPS) für mehrere Raumfahrzeuge. Dadurch ermöglicht das Design eine autonome Raumfahrzeugpositionierung unter Verwendung von Navigationsmessungen. Das Funkgerät von LN-1 wird verwendet, um verschiedene Dinge auszuführen. Sie umfassen Pseudo-Noise (PN)-basierte, unidirektionale, nicht kohärente Entfernungs- und Doppler-Verfolgung zusätzlich zur Präsentation der MAPS-Algorithmen. Ziel ist es, alternative Navigationsmethoden und Vergleiche zur Leistungsbeurteilung bereitzustellen. Die LN-1-CAD-Modelle zeigen die geringe Größe der LN-1-Nutzlast, und ihre modulare Bauweise ermöglicht eine einfache Integration in eine Reihe von Trägerfahrzeugen.
Die Tests mit den erwarteten betriebsbereiten Bodenstationen begannen, nachdem die LN-1-Nutzlast fertiggestellt und geliefert worden war. Mit diesen Tests wurde die HF-Kompatibilität zwischen dem DSN und der LN-1-Nutzlast erfolgreich hergestellt. Die Demonstration bestätigte, dass das DSN in der Lage ist, S-Band-Telekommunikationssignale in allen beabsichtigten Betriebsmodi zu empfangen. Diese Modi sind erforderlich, um Telemetrie- und Entfernungsdaten von LN-1 zu analysieren.
Zukünftige autonome Navigation auf dem Mond könnte durch diese neue Technologie und die von LN-1 bewiesenen MAPS-Algorithmen ermöglicht werden. Zukünftige Versionen von LN-1 werden vom MSFC-Team entwickelt. Sie werden eine umfassende Abdeckung der Mondoberfläche bieten. Während dies geschieht, wird die NASA in Kommunikations- und Navigationseinrichtungen in der Umlaufbahn des Mondes und in nahe gelegenen Gebieten investieren. Die Entwicklung dieser nachfolgenden Nutzlast wird sich auf drei wichtige Funktionen konzentrieren: Demonstration der Navigation zwischen Raumfahrzeugen, Sicherstellung des Überlebens in der Mondnacht an Bord der Nutzlast und Verbesserung der Signalreife, um den LunaNet-Interoperabilitätsstandard für Integration, Betrieb und Kompatibilität mit der NASA zu erfüllen geplantes Vermögen.
