Att hitta övergivna rymdskepp och rymdskräp i jordens omloppsbana kan vara en teknisk utmaning. Att upptäcka dessa objekt i omloppsbana runt jordens måne är ännu svårare. Optiska teleskop kan inte söka efter små föremål gömda i månens ljusa bländning. Dock, en ny teknologisk tillämpning av interplanetär radar, banbrytande av forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, har framgångsrikt lokaliserat rymdfarkoster som kretsar runt månen – en aktiv, och en vilande. Denna nya teknik kan hjälpa planerare av framtida månuppdrag.

"Vi har kunnat upptäcka NASA:s Lunar Reconnaissance Orbiter [LRO] och den indiska rymdforskningsorganisationens Chandrayaan-1 rymdfarkoster i månbana med markbaserad radar, sa Marina Brozovic, en radarforskare vid JPL och huvudutredare för testprojektet. "Att hitta LRO var relativt lätt, eftersom vi arbetade med uppdragets navigatörer och hade exakta omloppsdata där den fanns. Att hitta Indiens Chandrayaan-1 krävde lite mer detektivarbete eftersom den senaste kontakten med rymdfarkosten var i augusti 2009."

Lägg till blandningen att rymdfarkosten Chandrayaan-1 är mycket liten, en kub cirka fem fot (1,5 meter) på varje sida – ungefär hälften så stor som en smart bil. Även om den interplanetära radarn har använts för att observera små asteroider flera miljoner miles från jorden, forskare var inte säkra på att ett föremål av denna mindre storlek så långt bort som månen kunde upptäckas, även med världens kraftfullaste radar. Chandrayaan-1 visade sig vara det perfekta målet för att demonstrera förmågan hos denna teknik.

Medan de alla använder mikrovågor, inte alla radarsändare är skapade lika. Den genomsnittliga polisradarpistolen har en operativ räckvidd på cirka en mil, medan flygledningens radar går till cirka 60 miles. För att hitta en rymdfarkost 237, 000 miles (380, 000 kilometer) bort, JPL:s team använde NASA:s 70 meter (230 fot) antenn vid NASA:s Goldstone Deep Space Communications Complex i Kalifornien för att skicka ut en kraftfull mikrovågsstråle riktad mot månen. Sedan mottogs radarekon som studsade tillbaka från månens omloppsbana av det 100 meter långa (330 fot) Green Bank-teleskopet i West Virginia.

Att hitta en övergiven rymdfarkost på månavstånd som inte har spårats på flera år är knepigt eftersom månen är full av mascons (regioner med högre gravitationskraft än genomsnittet) som dramatiskt kan påverka en rymdfarkosts omloppsbana över tid, och till och med få den att ha kraschat in i månen. JPL:s omloppsberäkningar visade att Chandrayaan-1 fortfarande cirkulerar cirka 200 kilometer över månens yta, men det ansågs allmänt vara "förlorat".

Dock, med Chandrayaan-1, radarteamet använde det faktum att denna rymdfarkost befinner sig i polarbana runt månen, så det skulle alltid korsa över månens poler på varje bana. Så, den 2 juli, 2016, teamet pekade Goldstone och Green Bank på en plats cirka 100 miles (160 kilometer) ovanför månens nordpol och väntade för att se om den förlorade rymdfarkosten korsade radarstrålen. Chandrayaan-1 förutspåddes genomföra en omloppsbana runt månen varannan timme och var 8:e minut. Något som hade en radarsignatur från en liten rymdfarkost korsade strålen två gånger under fyra timmars observationer, och tidpunkterna mellan upptäckterna matchade den tid det skulle ta Chandrayaan-1 att slutföra en omloppsbana och återgå till samma position ovanför månens pol.

Teamet använde data från retursignalen för att uppskatta dess hastighet och avståndet till målet. Denna information användes sedan för att uppdatera omloppsförutsägelserna för Chandrayaan-1.

"Det visar sig att vi behövde flytta platsen för Chandrayaan-1 med cirka 180 grader, eller en halv cykel från de gamla orbitala uppskattningarna från 2009, sa Ryan Park, chef för JPL:s Solar System Dynamics-grupp, som levererade den nya omloppsbanan tillbaka till radarteamet. "Men annars, Chandrayaan-1:s omloppsbana hade fortfarande den form och inriktning som vi förväntade oss."

Radarekon från rymdfarkosten erhölls ytterligare sju gånger under tre månader och överensstämmer perfekt med de nya omloppsförutsägelserna. Några av uppföljningsobservationerna gjordes med Arecibo Observatory i Puerto Rico, som har det mest kraftfulla astronomiska radarsystemet på jorden. Arecibo drivs av National Science Foundation med finansiering från NASA:s Planetary Defense Coordination Office för radarkapaciteten.

Att jaga LRO och återupptäcka Chandrayaan-1 har gett starten för en unik ny förmåga. Arbetar tillsammans, de stora radarantennerna vid Goldstone, Arecibo och Green Bank visade att de kan upptäcka och spåra även små rymdskepp i månens omloppsbana. Markbaserade radarer kan möjligen spela en roll i framtida robot- och mänskliga uppdrag till månen, både för ett verktyg för bedömning av kollisionsrisk och som en säkerhetsmekanism för rymdfarkoster som stöter på navigerings- eller kommunikationsproblem.