När Artemis-uppdragen resa till månen och NASA planerar för den långa resan till Mars, kommer nya navigeringsmöjligheter att vara nyckeln till vetenskap, upptäckt och mänsklig utforskning.

Genom NASA:s initiativ för Commercial Lunar Payload Services kommer Firefly Aerospace i Cedar Park, Texas, att leverera en experimentell nyttolast till månens Mare Crisium-bassäng. NASA:s Lunar GNSS Receiver Experiment (LuGRE) nyttolast kommer att testa en kraftfull ny månnavigeringsfunktion med hjälp av jordens Global Navigation Satellite System (GNSS) signaler vid månen för första gången. GNSS hänvisar till satellitkonstellationer som vanligtvis används för positions-, navigerings- och tidstjänster på jorden. GPS – GNSS-konstellationen som drivs av U.S. Space Force – är den som många amerikaner känner till och använder dagligen.

"I det här fallet pressar vi gränsen för vad GNSS var tänkt att göra - det vill säga att utöka räckvidden för system byggda för att tillhandahålla tjänster till mark-, flyg- och sjöfartsanvändare till att även omfatta den snabbt växande rymdsektorn", säger J.J. Miller, biträdande direktör för policy och strategisk kommunikation för NASA:s program för rymdkommunikation och navigering (SCaN). "Detta kommer att avsevärt förbättra precisionen och motståndskraften hos det som var tillgängligt under Apollo-uppdragen, och möjliggöra mer flexibel utrustning och operativa scenarier."

LuGRE – utvecklad i samarbete med den italienska rymdorganisationen (ASI) – kommer att ta emot signaler från både GPS och den europeiska GNSS-konstellationen Galileo och använda dem för att beräkna de första GNSS-positionsfixarna någonsin i transit till månen och på månens yta .

"Rymduppdrag nära jorden har länge förlitat sig på GNSS för sin navigering och tidtagning", säger Joel Parker, LuGRE:s huvudutredare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Under de senaste åren har NASA och det internationella samfundet tänjt på gränserna för vad som ansågs möjligt genom att använda dessa tekniker i Space Service Volume och därefter."

Uppdrag i GNSS Space Service Volume – från cirka 1 800 miles till 22 000 miles på höjden – tar emot signaler som rinner förbi jordens kant från GNSS-satelliter på andra sidan av planeten. De första Space Service Volume-experimenten inträffade runt gryningen av det nya millenniet. Sedan dess har många uppdrag i Space Service Volume på ett tillförlitligt sätt använt GNSS för att navigera.

Under 2016 använde NASA:s Magnetospheric Multiscale Mission (MMS) GPS operativt på rekordstora 43 500 miles från jorden. Sedan, 2019, slog MMS sitt eget rekord genom att fixa sin plats med GPS på 116 300 miles från jorden – nästan halvvägs till månen.

På dessa extrema höjder behöver uppdrag extremt känsliga GNSS-mottagare. LuGRE-uppdraget kommer att använda en specialiserad mottagare för svaga signaler utvecklad av Qascom, ett italienskt företag som specialiserat sig på rymdsäkerhet och säkerhetslösningar för satellitnavigering, och finansierad av ASI.

LuGRE-team testar nu nyttolasten som förberedelse för att leverera den för integration på Firefly "Blue Ghost"-landaren i november i år. Lanseringen är för närvarande planerad till tidigast 2024 från Cape Canaveral, Florida, ombord på en SpaceX Falcon 9-raket.

Under flerveckorsflyget till månen kommer LuGRE att samla in GNSS-signaler och utföra navigeringsexperiment på olika höjder och i månens omloppsbana. Efter landning kommer LuGRE att sätta in sin antenn och påbörja 12 dagars datainsamling, med potential för utökade uppdragsoperationer också. NASA och ASI kommer att bearbeta och analysera data nedlänkad till jorden och sedan dela resultaten offentligt.

"LuGRE är den senaste ansträngningen i en lång rad uppdrag utformade för att utöka GNSS-kapaciteten på hög höjd", säger Fabio Dovis, LuGREs huvudutredare vid den italienska rymdorganisationen. "Vi har utvecklat ett banbrytande experiment som kommer att fungera som grunden för operativa GNSS-system på månen."

LuGRE-uppdraget syftar till att sätta igång ytterligare utveckling av GNSS-baserade navigeringsmöjligheter nära och på månen, även när NASA planerar att börja använda GNSS på hög höjd operativt för framtida månuppdrag. NASA och ASI kommer att föra resultaten av detta arbete vidare till rymdgemenskapen genom International Committee on GNSS, ett FN-forum som fokuserar på att säkerställa interoperabilitet för GNSS-signaler. Dessa funktioner är också ett viktigt steg mot att bygga LunaNet, en arkitektur som kommer att förena kooperativa nätverk till sömlösa månkommunikations- och navigeringstjänster.

"Månleveranserna vi hämtar från kommersiella leverantörer ger ett antal innovativa nya teknologier och möjligheter att utföra experiment med prisvärd tillgång till månens yta", säger Jay Jenkins, Commercial Lunar Payload Services Program Executive. "LuGRE är ett exempel på de framsteg som regering och industri kan göra när de förenas i sina prospekteringsmål."

Att utveckla nya användningar av GNSS för framväxande rymdoperationer är en prioritet för SCaN-programmet vid NASA:s högkvarter, som den ledande organisationen som ansvarar för att implementera vägledning från Space Policy Directive-7, som ger NASA i uppdrag att utveckla krav för GPS-stöd för rymdoperationer och vetenskap i högre banor och vidare in i cislunarrymden. + Utforska vidare

NASA-ingenjörer analyserar navigeringsbehoven för Artemis månuppdrag