GPS lunar pode aparecer até o final da década

A NASA americana, com o apoio de parceiros europeus e japoneses, está a desenvolver conceitos para um sistema de navegação para a Lua, que poderá ser implantado já no final da década de 2020. Em Julho, a Administração Espacial Nacional da China (CNSA) revelou os seus planos para implantar uma constelação de 21 satélites de comunicações e navegação para missões lunares.

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Estes projetos surgem no momento em que estão previstas atividades e pesquisas em grande escala na Lua para começar nos próximos anos – o que exigirá uma logística complexa, incluindo sistemas de posicionamento, navegação e sincronização que são ativamente utilizados na infraestrutura da Terra. O programa Artemis da NASA espera pousar astronautas na região do Pólo Sul da Lua, o que exigirá links de comunicação confiáveis ​​e serviços de localização precisos. A China também pretende pousar na Lua antes do final da década, e muitas organizações governamentais e privadas enviarão para lá veículos de exploração num futuro próximo.

O sector espacial comercial está a explorar as oportunidades oferecidas pela jovem economia lunar: extracção de recursos, produção em baixa gravidade, investigação científica e turismo. Isso exigirá um sistema de satélite confiável que seja adequado para a Lua – pelo menos para certas regiões dela. E se na fase inicial for realizado um trabalho ativo na região do Pólo Sul, então a navegação e as comunicações deverão ser fornecidas nesta região, mas a longo prazo será necessária a cobertura de todo o satélite da Terra.

Para implementar estes projectos, várias questões difíceis terão de ser respondidas. Por exemplo, é uma questão de tempo. A contabilização das missões lunares é realizada com base nos ciclos da noite e do dia lunar, que duram duas semanas terrestres; mas até agora não existe uma escala padrão na Lua, semelhante ao sistema universal de tempo coordenado, que é a fonte de todos os relógios terrestres.

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Graças à medição precisa do tempo, nasceram os sistemas terrestres de navegação por satélite: o GPS americano, o BeiDou chinês, o GLONASS russo e o Galileo europeu. Os satélites de todas essas constelações estão equipados com relógios atômicos, que ajudam a determinar o tempo com uma precisão de vários bilionésimos de segundo. As localizações na Terra são calculadas com base no tempo de viagem dos sinais de satélite até os receptores terrestres – uma mudança de um nanossegundo dá um erro de 30 cm. Portanto, a determinação precisa do tempo é importante nas condições lunares, mas há uma dificuldade: os relógios na Terra. A Lua corre um pouco mais rápido do que na Terra – É assim que funciona a relatividade geral, que afirma que objetos massivos retardam o fluxo do tempo.

Os relógios da Lua estão adiantados em relação aos da Terra em cerca de 56 microssegundos por dia, de acordo com os resultados de um estudo publicado por cientistas do NIST. Ao mesmo tempo, o movimento relativo da Lua tem o efeito oposto no relógio, desacelerando-o ligeiramente, mas este fator não é pronunciado o suficiente para influenciar significativamente o efeito gravitacional que o acelera.

A configuração exata das constelações de satélites lunares ainda não foi determinada. A NASA americana, a ESA europeia e a japonesa JAXA supervisionam agora projetos de sistemas de navegação que serão desenvolvidos em conjunto com parceiros comerciais. Na NASA, este é o Sistema de Retransmissão e Navegação de Comunicação Lunar; na ESA – Iniciativa Moonlight; em JAXA – “Sistema de Navegação Lunar por Satélite”. E todos eles estarão unidos em uma estrutura LunaNet compatível, o que garantirá a interação entre os projetos parceiros. Ou seja, cada participante trabalha no seu projeto, mas todos trabalharão em um único sistema.

Presume-se que o Luar Europeu será representado por uma constelação de pelo menos cinco dispositivos: um grande satélite de comunicações e quatro satélites de navegação, que serão colocados em órbitas especiais para optimizar a cobertura no Pólo Sul. Isso proporcionará 15 horas de recepção confiável de sinal por dia, mas a arquitetura Moonlight permite escalabilidade, ou seja, novos dispositivos podem ser lançados para missões mais complexas.

As opiniões da China e de outros países sobre os sistemas de navegação lunar ainda são desconhecidas – é possível que existam vários deles na Lua, assim como na Terra. Em março, o país lançou em órbita lunar o satélite Queqiao-2, projetado para funcionar como retransmissor. No entanto, em alguns fóruns internacionais, a China manifestou “interesse em alcançar a compatibilidade internacional”.