Naukowcy z Wrocławia współtworzą system nawigacyjny na Księżycu

Wrocławska uczelnia w przesłanym we wtorek komunikacie poinformowała, że w planach jest umieszczenie czterech orbiterów (satelitów) księżycowych, odbiorników w lądownikach, łazikach i satelitach, a także rozmieszczenie sieci naziemnej - stacji referencyjnych, teleskopów i stacji laserowych.

Moonlight to nazwa nowego systemu nawigacyjnego tworzonego przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). Ma umożliwić precyzyjne pozycjonowanie na powierzchni Księżyca i w jego pobliżu. W projekcie uczestniczą naukowcy z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.

"Cała ta misja ma wystartować w 2031 roku. Ale zanim to się stanie, trzeba opracować algorytmy, które pozwolą precyzyjnie określić pozycję satelitów i użytkownika. I tu do gry wchodzą polscy naukowcy" - czytamy w komunikacie.

Zespół z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu tworzą dr Grzegorz Bury, dr Radosław Zajdel i prof. Krzysztof Sośnica; to on był odpowiedzialny m.in. za testowanie modeli opisujących ruch satelitów wokół Księżyca.

"Największym wyzwaniem w opracowywaniu i testowaniu modeli było uwzględnienie rzeczywistych, dynamicznych warunków, w jakich porusza się satelita przy parametrach zadanych przez ESA" - tłumaczą cytowani w komunikacie wrocławscy naukowcy.

Zaprojektowana orbita wokół Księżyca jest silnie eliptyczna, co oznacza, że satelita porusza się znacznie szybciej, gdy znajduje się najbliżej powierzchni (czyli w perycentrum), a wolniej, gdy jest od niej najdalej (w apocentrum). Problem w tym, że to właśnie w perycentrum ruch satelity staje się najbardziej nieprzewidywalny - wpływają na niego lokalne zakłócenia grawitacyjne (takie jak maskony - skupiska masy o gęstości większej niż przeciętna, znajdujące się względnie płytko pod powierzchnią ciała niebieskiego), siły niegrawitacyjne, a także zmienna prędkość lotu.

"Zaproponowane przez ESA parametry determinowały kształt orbity jako mocno spłaszczoną elipsę, co sprawia, że w rejonie perycentrum prędkość satelity jest znacząco wyższa. Co więcej, kształt orbity nie jest idealną elipsą, a silnie zdeformowaną przez siły zakłócające krzywą. Siły te zmieniają się tym dynamiczniej, im szybciej porusza się satelita. Oznacza to, że podczas przelotu w okolicach perycentrum bardzo trudno poprawnie modelować odstępstwa od jego ruchu. Zmiany są dynamiczne, mniej przewidywalne" - czytamy w komunikacie.

Jak tłumaczą badacze, w tej sytuacji może nie dojdzie do utraty kontaktu z satelitą, ale będziemy znać jego położenie znacznie gorzej niż gdzie indziej. Dlatego orbita została zaprojektowana tak, by satelita przebywał jak najkrócej nad problematycznym rejonem przy powierzchni, a większość czasu spędzał w apocentrum, gdzie warunki są stabilniejsze.

Jednak ESA postawiła poprzeczkę wyżej - zależało jej na maksymalnej dokładności pozycjonowania przez cały czas trwania obiegu, nawet w najtrudniejszych warunkach. Bo tylko wtedy system będzie w stanie dostarczać precyzyjne dane nawigacyjne wszystkim użytkownikom, niezależnie od ich położenia czy etapu misji.

Do największych przeszkód w misjach pozaziemskich należy promieniowanie kosmiczne. Ziemskie satelity są częściowo chronione przed wiatrem słonecznym i promieniowaniem kosmicznym dzięki polu magnetycznemu naszej planety. W przypadku orbiterów Księżyca ta ochrona jest już o wiele słabsza, przez co elektronika, procesory, a w szczególności zegary atomowe są bardzo narażone na promieniowanie kosmiczne, rozbłyski słoneczne albo burze magnetyczne na Słońcu.

"Bez zegarów atomowych satelita nawigacyjny nie może funkcjonować, więc na pokładzie musi być kilka takich zegarów (minimum dwa), żeby zapewnić odpowiedni zapas. Nie bez znaczenia było też promieniowanie kosmiczne. Księżyc nie ma pola magnetycznego, więc elektronika pokładowa narażona jest na burze słoneczne i rozbłyski" - czytamy w komunikacie.

(PAP)

ros/ bar/