Sur cette image, l'astronaute d'Apollo 11, Buzz Aldrin, transporte deux composants du Early Apollo Scientific Experiments Package (EASEP) à la surface de la Lune. Le Passive Seismic Experiments Package (PSEP) est dans sa main gauche; et dans sa main droite se trouve le rétroréflecteur de télémétrie laser (LR3). Crédit :NASA
La NASA fournira au futur satellite Lunar Pathfinder de l'Agence spatiale européenne (ESA) un ensemble de rétroréflecteurs laser, des dispositifs en miroir qui réfléchissent la lumière à sa source. Les rétroréflecteurs valideront les capacités de navigation qui seront essentielles aux missions Artemis et à la future exploration lunaire.
"La mission Lunar Pathfinder de l'ESA aidera à vérifier les performances des nouvelles techniques de navigation lunaire en cours de développement à la NASA", a déclaré JJ Miller, directeur adjoint de la politique et des communications stratégiques pour le programme Space Communications and Navigation (SCaN) de la NASA au siège de la NASA à Washington. "Ce projet s'appuie sur la longue collaboration entre la NASA et l'ESA au sein du Comité international sur les systèmes mondiaux de navigation par satellite (ICG), un forum des Nations Unies qui se concentre sur l'interopérabilité entre les fournisseurs de services GNSS"
Les systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS) sont les constellations de satellites couramment utilisées pour les services de positionnement, de navigation et de synchronisation sur Terre. Le GPS, la constellation GNSS exploitée par l'US Space Force, est celui que de nombreux Américains connaissent et utilisent quotidiennement.
Le vaisseau spatial Lunar Pathfinder hébergera un appareil testant les capacités GNSS utilisées par beaucoup pour naviguer sur Terre, pour naviguer en orbite lunaire. L'instrument, NaviMoon, recevra les signaux du GPS, la constellation GNSS américaine, et de Galileo, la constellation GNSS européenne.
Un graphique détaillant les différentes zones de couverture GNSS. Crédit :NASA/Danny Baird
Les missions à haute altitude, comme Lunar Pathfinder sur la lune, reçoivent des signaux GNSS qui se propagent au-delà du bord de la Terre à partir de satellites GNSS situés de l'autre côté de la planète. La NASA a navigué avec ces signaux faibles jusqu'à mi-chemin de la lune et prévoit de le faire sur la surface lunaire avec une prochaine livraison de services de charge utile commerciale lunaire attribuée à Firefly Aerospace de Cedar Park, Texas. L'atterrisseur fournira une charge utile expérimentale, l'expérience de récepteur GNSS lunaire (LuGRE), développée en partenariat avec l'Agence spatiale italienne (ASI).
"Lunar Pathfinder et LuGRE prennent tous deux des mesures importantes pour faire de l'utilisation opérationnelle du GNSS sur la Lune une réalité", a déclaré Joel Parker, chercheur principal de LuGRE à la NASA Goddard. "En validant le GNSS à signal faible pour les futures missions lunaires, nous fournirons de nouvelles capacités de navigation embarquées en temps réel sur et autour de la lune en utilisant les systèmes et la technologie existants."
En faisant rebondir les lasers sur les rétroréflecteurs de Lunar Pathfinder, les ingénieurs peuvent valider les performances du GNSS à des distances extrêmes. Confirmer les performances des récepteurs GNSS à faible signal par rapport aux techniques de télémétrie laser éprouvées aidera les missions à adopter la navigation GNSS lunaire de manière opérationnelle.
"La télémétrie laser par satellite est l'une des méthodes les plus précises dont nous disposons pour mesurer la distance entre un vaisseau spatial et la Terre", a déclaré A.J. Oria, expert SCaN GNSS au siège de la NASA. "Il fournit une excellente référence pour montrer à quel point les nouvelles méthodes telles que le GNSS à signal faible sont efficaces pour déterminer la position des engins spatiaux."
L'une des stations laser de la NASA qui sera utilisée pour la télémétrie avec Lunar Pathfinder est située à l'observatoire Apache Point au Nouveau-Mexique. La station Apache Point (illustrée ici) se dirige régulièrement vers les rétroréflecteurs sur la surface lunaire avec une précision millimétrique. Crédit :NASA/Apache Point Observatory
Un rétroréflecteur laser est un type spécial de miroir qui renvoie la lumière laser vers sa source, contrairement à un miroir normal qui renvoie la lumière sous un angle. Dans la télémétrie laser par satellite, un laser transmis depuis un télescope sur Terre atteint un rétroréflecteur sur un vaisseau spatial ou un corps céleste et le rétroréflecteur renvoie la lumière vers le télescope.
En mesurant l'heure à laquelle une impulsion laser quitte le télescope et l'heure à laquelle l'impulsion de retour arrive, les ingénieurs et les scientifiques peuvent calculer des distances précises entre l'objet et une station au sol. La télémétrie laser est plus précise que les méthodes similaires utilisant des ondes radio car la longueur d'onde de la lumière laser est beaucoup plus courte.
"Pour valider les performances des signaux GNSS faibles :si vous ne disposez que de données de suivi radio au sol, vous comparez essentiellement une technique radio à une autre technique radio. Vous n'obtiendrez aucune précision", a déclaré Stephen Merkowitz, Space Chef de projet géodésie à la NASA Goddard. "En ajoutant la télémétrie laser, vous disposez d'une technique incroyablement précise et vérifiée de manière indépendante au cours des 50 dernières années." La mission lunaire de la NASA devrait battre un record dans le test des signaux de navigation
