США намерены запустить спутники — лазерные маяки для навигации в космосе
GPS работает только на Земле, а космическим аппаратам на больших высотах приходится ориентироваться на сигналы Сети дальнего космоса NASA (DSN). Это наземная система, по сравнению с масштабами цислунарного (между Землей и Луной) пространства ее станции расположены недалеко друг от друга, поэтому точное вычисление положения удаленных спутников может занимать часы, а DSN одновременно обслуживает лишь несколько миссий. К тому же, в отличие от GPS, для которой нужен только приемник, навигация по DSN требует передачи данных.
Решение нашли в Массачусетском технологическом институте (MIT). Там начата разработка концепции под названием LightHOUSE (Light High-Orbit Utility Signal Emitter — световой излучатель служебных сигналов на высокой орбите). Проект предполагает развертывание небольшой группировки спутников в качестве кооперативных оптических маяков. Они будут обмениваться сигналами синхронизации и данными связи, а также, используя съемку на фоне звезд, вычислять трехмерное положение и скорость каждого аппарата. Такая система поможет сократить потребность в коррекциях траектории, экономить топливо аппаратов, снижать нагрузку на их бортовые навигационные датчики и уменьшать загруженность существующих наземных систем.
«Аппараты в цислунарном пространстве имеют ограниченный доступ к ресурсам поддержки, хотя орбиты на геостационарном рубеже и за ним становятся все более востребованными. Луна вновь выходит на первый план как стратегический приоритет для национальной безопасности. Почти любая космическая миссия требует той или иной степени точности навигации и синхронизации, но глобальной системы позиционирования в этой области пока нет. Эти задачи призван выполнить LightHOUSE», — пояснил Аарон Гринберг из группы лазерной связи лаборатории Линкольна в MIT.
Задел уже есть
LightHOUSE будет использовать оптическую связь в свободном пространстве — лазерные каналы через космос, а не только радиоволны.
«В основе этой концепции лежит кооперативный метод измерения дальности, реализуемый через оптическую связь в свободном пространстве. В этой области лаборатория признана мировым лидером, о чем свидетельствует недавний успех O2O в ходе миссии „Артемида II“. Опыт лаборатории в радиационной стойкости технологий матричных фотоприемников также позволит создать чувствительные приемники и звездные камеры, подобные разработанным для миссии NASA Psyche, — а именно на них и строится данная концепция», — подчеркнул заместитель руководителя группы лазерной связи Тимоти Ярналл.
Маяки LightHOUSE будут размещаться на высоте до 1,5 миллионов километров. Такие орбиты обеспечивают угловое разнообразие сигналов, аналогичное GPS, для пользователей во всем цислунарном пространстве. Кроме того, они позволят поддерживать связь с аппаратами на обратной стороне Луны, невидимой с Земли, предотвращая потерю сигнала — как те 40 минут, когда «Артемида II» была скрыта за нашим спутником.
Асимметрия, как в GPS
Как и в GPS, основная техническая нагрузка будет возложена на спутники-маяки, а не на пользовательские аппараты. Маяки будут нести антенны диаметром в десятки сантиметров и лазерные передатчики мощностью в десятки ватт, а абонентам потребуются лишь апертуры в сантиметровом диапазоне и лазеры мощностью в десятки милливатт. Главная инженерная задача — добиться, чтобы такая асимметрия работала во всем цислунарном пространстве.
Сейчас команда уточняет системную концепцию с помощью аналитических расчетов, моделирования и лабораторных экспериментов. В ближайшей перспективе планируется опубликовать детальную архитектуру предоставления навигационных данных пользователям LightHOUSE.
