Maintenant que la NASA a montré la viabilité de la navigation autonome aux rayons X dans l'espace, une équipe dirigée par le Smithsonian Astrophysical Observatory prévoit d'inclure la technologie dans une proposition de mission CubeSat vers la Lune, et les ingénieurs de la NASA étudient actuellement la possibilité d'ajouter la capacité aux futurs engins spatiaux d'exploration humaine.

L'intérêt pour cette capacité émergente de guider les engins spatiaux jusqu'aux confins du système solaire survient quelques mois seulement après que le scientifique de la NASA Keith Gendreau et son équipe du Goddard Space Flight Center de l'agence à Greenbelt, Maryland, a démontré avec succès la technique, communément appelée XNAV, avec une expérience appelée Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology, ou SEXTANT.

La démonstration de la technologie SEXTANT, que la Direction de la mission de technologie spatiale de la NASA avait financé dans le cadre de son programme Game Changing Development, a eu lieu à la fin de l'année dernière et a démontré que des pulsars millisecondes pouvaient être utilisés pour déterminer avec précision l'emplacement d'un objet se déplaçant à des milliers de kilomètres par heure dans l'espace. Ces pulsations sont hautement prévisibles, un peu comme les horloges atomiques utilisées pour fournir des données de synchronisation sur le système GPS omniprésent.

Lors de la manifestation, SEXTANT a profité des 52 télescopes à rayons X et des détecteurs de dérive de silicium sur l'explorateur de composition intérieure d'étoiles à neutrons de la NASA, ou PLUS BEAU, pour détecter les rayons X émanant de cibles de pulsars de quatre millisecondes. Les données temporelles des pulsars ont été introduites dans des algorithmes embarqués qui ont généré de manière autonome une solution de navigation pour la localisation de NICER en orbite autour de la Terre.

L'équipe devrait effectuer une autre démonstration XNAV plus tard ce printemps pour voir si elle peut améliorer la précision déjà impressionnante de la technologie, a déclaré Jason Mitchell, chef de projet SEXTANT, qui travaille chez Goddard.

Banc d'essai de navigation

Dans un autre développement qui pourrait élargir l'utilisation de XNAV, l'équipe SEXTANT a récemment livré un banc d'essai spécial au laboratoire d'électro-optique de la division Aeromechanics and Flight Mechanics du Johnson Space Center de la NASA à Houston. L'équipe a développé l'appareil de table unique - parfois décrit comme un " pulsar sur une table " - pour simuler les signaux de faible puissance reçus des pulsars. Les mesures obtenues à partir de XNAV seront utilisées pour tester les algorithmes en cours de développement pour les futures missions en équipage.

Les capteurs XNAV complètent les capteurs de navigation optique (OpNav). Ensemble, ils peuvent servir d'ensemble de navigation autonome pour aider les véhicules en cas de perte de communication avec le sol et pour alléger la charge de suivi de la navigation sur le réseau Deep Space de la NASA.

Mitchell a déclaré que la plateforme-passerelle orbitale lunaire de la NASA, où les astronautes participeront à une variété de sciences, exploration, et les activités commerciales en orbite autour et sur la Lune, pourrait utiliser les capacités XNAV.

CubeX :Caractérisation de la surface lunaire

Et dans un autre développement, l'équipe SEXTANT travaille avec Suzanne Romaine, un scientifique du Smithsonian Astrophysical Observatory, et JaeSub Hong, chercheur à l'Université Harvard, pour piloter XNAV sur une mission CubeSat appelée CubeX.

« C'est une poussée pour faire passer la technologie en mode opérationnel, " dit Mitchell, qui, avec Gendreau, est un collaborateur de CubeX. « C'est une excellente opportunité pour XNAV et montre sa valeur pour la navigation dans l'espace lointain. »

Tel qu'il est conçu actuellement, le petit satellite rassemblerait les données temporelles de la liste des pulsars millisecondes SEXTANT à l'aide du télescope à rayons X miniature de CubeX. Un algorithme embarqué utiliserait ensuite les données pour déterminer la trajectoire du vaisseau spatial. L'équipe comparerait la solution de CubeX à celle fournie par le Deep Space Network de la NASA, une capacité de communication et de navigation utilisée par toutes les missions spatiales lointaines de la NASA.

Démonstration de XNAV sur un satellite opérationnel, cependant, n'est pas le seul objectif de la mission.

The other half of its mission will be spent measuring the composition of the Moon's lower crust and upper mantle to understand the origin and evolution of Earth's only natural satellite, which scientists believe may have formed when a huge collision tore off a chunk of Earth.

"There's a lot we don't know about the Moon. Many mysteries remain, " said Hong. A better understanding of the mantle layer could be key to determining how the Moon and the Earth formed. To get this information, CubeX would use a technique called X-ray fluorescence, or XRF.

XRF, which is widely used in science and industry applications, is based on the principle that when individual atoms in sediment, rocks, and other materials are excited by an external energy source—in this case, X-rays emanating from the Sun—they emit their own X-rays that exhibit a characteristic energy or wavelength indicative of a specific element. This can be likened to how fingerprints can identify a specific person.

By capturing these "fluorescing" photons with a miniaturized X-ray optic and then analyzing them with an onboard spectrometer, scientists can discern which elements make up outcrops of the Moon's rocky mantle, which have been exposed by impact craters, and its crust, which overlays the mantle.

The mission would launch no earlier than 2023 to take advantage of the next solar maximum, which would assure a steady bombardment of high-energy X-rays to produce the fluorescence.