Prima della fine del decennio, la NASA invierà astronauti sulla luna per la prima volta dall’era del programma Apollo. Come parte del Programma Artemis, la NASA prevede di creare un infrastruttura che consentirà un “programma sostenuto di esplorazione lunare”. Una parte fondante di questo progetto sarà il Lunar Gateway, una vera e propria stazione spaziale orbitante che faciliterà viaggi regolari da e verso la superficie lunare. Potrà inoltre servire come punto di attracco per le navicelle che vanno e vengono dalla Terra, per missioni di lunga durata su Marte.
Il Lunar Gateway avrà ciò che in meccanica orbitale è definito come “alone orbitale rettilineo” (NRHO). Significa che la stazione spaziale lunare orbiterà, attorno alla Luna da un polo all’altro. Per testare la stabilità a lungo termine di questa orbita, la NASA invierà il Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment (CAPSTONE) entro la fine di maggio. Questa missione CubeSat di nove mesi sarà la prima navicella spaziale a testare questa orbita per dimostrare al mondo i vantaggi.
Prima di Lunar Gateway, CAPSTONE
Il CAPSTONE, un CubeSat di 12 unità di proprietà di Advanced Space a Westminster della NASA. Il satellite verificherà la stabilità dell’orbita e di diversi sistemi cruciali. A fine mese il vettore spaziale Rocket Lab Photon lancerà il CAPSTONE nel suo viaggio di quattro mesi verso la luna. Dopo una serie di manovre di “pulizia” che inseriranno il veicolo spaziale nella sua orbita, il CAPSTONE trascorrerà almeno sei mesi intorno alla luna, accendendo i suoi propulsori solo per correzioni di orbita.
Questa orbita ellittica porterà CAPSTONE su un percorso che porta da un polo lunare all’altro, tracciando uno schema ovale costante attorno alla luna. Ci vorrà quasi una settimana per il completamento del posizionamento esatto e vedrà il CubeSat viaggiare più lentamente quando si trova intorno al Polo Sud, alla sua distanza più lontana dalla superficie 76.000 km. Quando invece raggiungerà il Polo Nord, il veicolo spaziale raggiungerà la sua velocità massima e farà il suo passaggio più vicino alla superficie a 3.400 km.
Elwood Agasid, vicedirettore del programma Small Spacecraft Technology della NASA, ha spiegato in un comunicato stampa: “CAPSTONE sarà controllato e mantenuto con precisione traendo enormi benefici dalla stabilità della sua orbita quasi rettilinea. Le accensioni dei motori saranno programmate per correggere l’orbita. Questo richiede molto meno carburante di quanto servirebbe per un’orbita più circolare.” Ha aggiunto inoltre che: “Questa orbita ha un ulteriore vantaggio. Consentirà alla futura stazione spaziale lunare di avere comunicazioni ottimali con le future missioni Artemis che operano sulla superficie della luna e sulla Terra. Ciò potrebbe sbloccare nuove opportunità per la futura scienza lunare e gli sforzi di esplorazione”.
CAPS: il nuovo sistema di navigazione
Questi test convalideranno i requisiti di potenza e propulsione per mantenere l’orbita come previsto dai modelli della NASA, riducendo le incertezze logistiche. Durante le sue numerose orbite, il CAPSTONE dimostrerà anche l’affidabilità di un nuovo sistema di navigazione. Questo sistema misurerà la posizione del CAPSTONE CubeSat rispetto al Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) della NASA in orbita attorno alla Luna dal 2009, senza fare affidamento sulle stazioni di terra.
Per testare questo sistema, un secondo computer di volo eseguirà i calcoli per determinare dove si trova il CubeSat nel suo percorso orbitale. I dati ottenuti da questo collegamento incrociato con l’LRO saranno utilizzati per misurare la la variazione di velocità e distanza tra i due oggetti. Questa condivisione di informazioni peer-to-peer permetterà di valutare la bontà del software di navigazione autonoma di CAPSTONE oltre che determinare la posizione di CubeSat in tempo reale.
Convalidando questo software, noto come Cislunar Autonomous Positioning System (CAPS), le future missioni della NASA saranno in grado di determinare la posizione senza fare affidamento sui sistemi basati a terra. Permetterà inoltre di liberare larghezza di banda per la trasmissione dalle sempre più crescenti quantità di dati scientifici. Gli ingegneri si aspettano inoltre che l’orbita NRHO consentirà di posizionare veicoli spaziali molto più grandi attorno alla Luna. Tra queste il Lunar Gateway stesso, la navicella Orion e il Deep Space Transport (DST) navi che vi attraccherà per rifornimento o per eseguire un tappa del loro viaggio più lungo. Questi step saranno cruciali per l’architettura della missione “Luna su Marte” della NASA, che comporterà l’invio di missioni con equipaggio sul Pianeta Rosso all’inizio degli anni ’30.
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