Un sistema ruso de posicionamiento lunar usando láseres

Todos sabemos que gracias a los sistemas de posicionamiento global por satélite ya no es posible perderse en la superficie terrestre. Actualmente hay varios sistemas en funcionamiento o en fase de construcción, como el GPS estadounidense, el Galileo europeo, el GLONASS ruso o el Beidou chino. Ahora bien, ¿cómo determinar la posición si estamos en la superficie de otro cuerpo del sistema solar? En ese caso las cosas se complican y tenemos que usar una combinación de técnicas. Por ejemplo, se suele usar el enlace de comunicaciones o las fotografías de la superficie para determinar nuestra localización relativa a determinadas características geográficas. Sin embargo, estas técnicas poseen bastantes imprecisiones y, evidentemente, lo ideal sería disponer de un ‘sistema GPS’ local.

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Se puede concebir un sistema de posicionamiento lunar usando dos satélites: uno en órbita baja lunar y otro en el punto L1. Los satélites verían los láseres de ‘faros’ situados en la superficie, complementados por los datos de los retrorreflectores vistos por el satélite en L1 (A. V Bagrov, NPO Lávochkin).

Para calcular la posición y velocidad con precisión de un objeto en la superficie terrestre es necesario recibir la señal de cuatro satélites al mismo tiempo, lo que implica que los sistemas de posicionamiento deben incluir decenas de unidades en órbita y cientos de estaciones terrestres. Huelga decir que lanzar una constelación de decenas de satélites a los planetas y mundos más cercanos no es algo muy práctico, ni especialmente urgente. Y eso sin entrar en el asunto de las estaciones de tierra. Cierto es que la cantidad de satélites dependerá del cuerpo celeste del que hablemos. En el caso de la Luna es posible crear un sistema de posicionamiento con solo 18 satélites en vez de los aproximadamente 30 que son necesarios en la Tierra. Pero siguen siendo muchos. ¿No es posible concebir algo más simple?

Una posibilidad, estudiada por la empresa rusa NPO Lávochkin, consiste en crear una pequeña red de vehículos lunares que usen un sistema de faros con láseres. Veamos cómo funciona. La base de todo sistema de posicionamiento y navegación es crear un sistema de coordenadas global que sirva de referencia a cualquier nave espacial en la superficie. Los elementos principales del sistema estarían formados por varias sondas de superficie dotadas de pequeños láseres de diodo y un conjunto de retrorreflectores láseres. Los láseres podrían viajar a bordo de sondas específicas para tal fin o, idealmente, como instrumentos secundarios en otras sondas. A continuación se lanzaría una sonda en una órbita baja lunar de cien kilómetros de altura dotada de una cámara que captaría los láseres provenientes de las sondas.

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La sonda Luna 25 podría llevar dos láseres para el sistema de posicionamiento. Uno en horizontal dirigido al punto L1 y la Tierra y otro hacia el zenit (NPO Lávochkin).

Desde la Tierra es posible iluminar retroreflectores láseres situados en la superficie lunar y observar el reflejo de los mismos, pero la resolución en la posición es muy pobre debido a la dispersión del haz láser. Al estar situado en órbita a poca altura, este satélite podría ver los láseres de pequeña potencia de los faros de superficie sin problema y, lo que es más importante, situarlos en un sistema de coordenadas propio conociendo sus distancias relativas. Al mismo tiempo, la posición del satélite en su órbita con respecto a la superficie se puede calcular usando los datos de los sensores estelares de a bordo. Ahora bien, los faros láser deben estar distribuidos más o menos por toda la superficie lunar (no hace falta que sea en la cara oculta). Existen planes para mandar sondas en los próximos años a los polos lunares, especialmente el polo sur, para estudiar las reservas de hielo que contienen los cráteres que están en sombra perpetua. Los láseres de estas sondas en los polos permitirán definir muy bien el eje de rotación de la Luna y, por tanto, determinar la latitud de los objetos que nos interesen en toda la superficie de nuestro satélite. Pero con el fin de ganar precisión en la longitud necesitamos alguna estación cerca del ecuador.

Esquema de estación lunar de navegación con láseres de diodo y retrorreflectores láseres (NPO Lávochkin).
Esquema de estación lunar de navegación con láseres de diodo y retrorreflectores láseres (NPO Lávochkin).

El principio de este sistema de posicionamiento mediante láser es similar a otros sistema geodésicos terrestres, aunque en este caso tradicionalmente se han usado señales de radio en vez de láseres. Con este satélite y la red de faros láser alcanzaríamos una precisión de unos diez metros sobre la superficie. No está mal, pero es claramente mejorable. Para aumentar la precisión del sistema es necesario añadir un segundo satélite situado en el punto de Lagrange L-1 del sistema Tierra-Luna, a 61.500 kilómetros de distancia de nuestro satélite (si queremos observar las hipotéticas sondas que en el futuro se hallen en la cara oculta tendremos que situar otro satélite en el punto L2). Este satélite iría equipado con un láser acoplado a un telescopio con un espejo de medio metro de diámetro que iluminaría los retrorreflectores localizados en las ‘sondas faro’. Dependiendo del número de medidas de cada faro y el número de estos se pueden alcanzar precisiones teóricas del orden del centímetro para objetos situados cerca —unos cien kilómetros— de cada faro.

Por lo tanto, con dos satélites en órbita y varios faros láser de superficie podríamos determinar la posición de las futuras sondas lunares. ¿Vale la pena? Pues teniendo en cuenta todas las misiones previstas y propuestas para los próximos años la respuesta podría ser afirmativa. Evidentemente lo ideal es que los dos satélites de posicionamiento lunar formasen parte de un esfuerzo internacional, quizás enmarcado en el programa Gateway si este es aprobado finalmente.

Referencias:

  • A. V. Bagrov et al, Система глобального позиционирования для Луны на основе активных световых маяков, Vestnik NPO Lávochkin 38, octubre-diciembre 2017.

41 Comentarios

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Pedro

Realmente interesante, en especial en lo que se refiere a la reducción de costes que supone tener que lanzar solo unos pocos satélites/sondas en vez de flotas de decenas. Pero me temo que pasará bastante tiempo hasta que haya suficiente demanda para un sistema asó.

JxJx

siempre me había preguntado en como seria un sistema de posicionamiento global en otro planeta o como se puede ubicar o ubicarse una sonda sobre la superficie de de otro cuerpo solar, pues aquí muestran dos formas de hacerlo: mediante un sistema tipo GPS pero eso implica desplegar muchos satélites en órbita, y mediante láser, un forma mas sencilla y que es expkliado en este articulo.
cambiando de tema: el Premio Google Lunar X de $ 30 millones ya no existe, ninguno de los equipos participantes podra hacer un lanzamiento antes del 31 de marzo. Veremos entyonces que va apasar con esas misiones.

U-95U-95

¿18 satelites?. ¿No serian necesarios aun menos al ser la Luna mucho menor que nuestro planeta?

pochimaxpochimax

18 satélites en la Luna, 30 mínimo en la Tierra.
No me parecen muchos, sería una empresa asequible globalmente y más a lo largo de 5 años.
6 NASA+Canadá, 5 China, 3 Europa, 2 Japón, 2 Rusia. Y si entrara India, todavía más fácil.
Eso se monta con la gorra.

raulraul

Claro, y llevarlos hasta allí también es algo asequible… Las tonterías que hay que leer.

U-95U-95

Ya, pero pensaba que teniendo la Luna menos area que Asia no serian necesarios tanto, a lo sumo 10 o asi.

Al ritmo al que van las cosas me temo que esto parece otro PP mas solamente.

JxJx

De todas maneras pienso que no son muchos, serie bueno que lo hicieran, pero colocar un sistema así en al Luna implica que se les va a dar uso, lo cual seria útil si de verdad se hiciese realidad la estación Gateway, bases lunares, y exploradores sobre la superficie de la Luna.

TxemaryTxemary

Precisamente por tener menos superfice necesitarías 18 y no 30, piensa que lo que te determina el número son principalmente las órbitas de los satélites… pero con este sistema necesitas solo 2 y unas pocas sondas fijas en la luna, que es muchísimo más asequible.

FedeFede

Lo que me viene en mente es una cosa.
Si tienes 18 satélites e órbita, en cada momento tendrás 9 en la cara oscura y 9 en la cara diurna.
De esos 9, 5 (más o menos) estarán sobre el ecuador y 5 bajo el ecuador. Digamos que hay uno EN el ecuador, y por eso se cuenta doble.
Y ya se comentó que se necesitan, al menos 4 satélites por vez.

Creo que te olvidas, que aunque la Luna tenga la misma superficie que Asia, es una esfera, y Asia es bastante más plana.

Fernando GeneraleFernando Generale

Me parece una muy buena idea pero tendría que ser parte de una colaboración internacional por qué esto rusos no tienen los recursos para sacar algo haci y además no me fío mucho de su electrónica

MarcosMarcos

No, zi biendo como ezcrives ez normal, ze be que eres amigo de loz americanoz y, zin zaver porke, ez tu hobligazion zer enemigo de loz ruzoz.

FERNANDO GENERALEFERNANDO GENERALE

es un sarcasmo por que los cohetes rusos fallan mas que escopeta de feria

BotswanafireBotswanafire

¿De verdad? Porque históricamente son los que menos han fallado por mucho. No entiendo tu sarcasmo.

Gabriel DomínguezGabriel Domínguez

Fernando Generale: una de las cosas que hacen bien los rusos -opino- es idear y diseñar cosas así. Y tienen todos los recursos que necesitan para ello. Otro tema es que ahora disponen de un presupuesto muy limitado para hacer estas cosas realidad. Pero hay otros países que sí tienen presupuesto de sobra para realizar conjuntamente proyectos como el planteado y lo inexplicable es que lo despilfarren en fomentar el chauvinismo y las tensiones internacionales, en lugar de la cooperación.

JxJx

Pero es una solución sencilla y mas barata, que posicionar todo un enjambre de satélites alrededor de La Luna, lo cual es una buena idea de los rusos el utilizar un sistema de laser para ubicarse.

TxemaryTxemary

¿No te fías de su electrónica? Ya estamos con clichés de hace 50 años… a ver criatura, la electrónica actual, se fabrica en China, punto, se montará en otro sitio, pero los componentes (que es al fin y al cabo lo crítico) son todos chinos… así que si no te fías de la electrónica Rusa, tampoc te fías de la electrónica Norteamericana, Europea, Japonesa… etc

AlxoAlxo

¿Tú crees que el hardware de las naves y sondas las hacen las fábricas de miles de trabajadores? Son pura artesanía que no necesitan inmensas fábricas que sólo son rentables con economías de escalas.

YAGYAG

Pues EE.UU. compra electrónica rusa tanto para enviar satélites como astronautas; y la Unión Europea para lanzar satélites. Si todo el mundo la usa, tan mala no ha de ser. Quizás no sea lo mejor del mundo (o quizás sí, no lo sé), pero que no es de lo peor, ponle el cuño.

ReddRedd

Pregunta Off topic:
¿Alguien sabe si se puede o es viable hacer ISRU de metano en la luna?
Gracias y saludos a todos.

JxJx

Cuando logremos colocar una estación espacial circunlunar habremos dado un paso importante,
cuando logremos base humana sobre la superficie de la Luna habremos dado un gran salto hacia adelante,
y cuando logremos utilizar los recursos ‘In Situ’ daremos un salto bien enorme en la exploración espacial, eso nos ‘catapultara’ como una civilización espacial..

..por el momento se deben desarrollar tecnologías para llegar al sitio y empezar a construir allí los medios necesarios para la explotación de recursos,primero para construir, y luego para producir recursos como el metano. A corto plazo, no se dará, a mediano plazo veremos la luz, a largo plazo sera inevitablemente una realidad.

JxJx

..aunque no estoy seguro que haya mucho metano en la Luna, mas bien si abunda en exceso el Helio-3 y se podría procesar Hidrógeno.

TxemaryTxemary

¿Metano en la Luna? Pues… puesto que no hay procesos geológicos activos ahora mismo, ni atmósfera que retenga el metano, ni organismos vivos en abundancia, no tengo nada claro que se pueda sacar metano de la Luna…

RedRed

Pero no hay CO2 en la luna
A no ser que en las cuevas de lava se pueda procesar metano. Estaría genial no?
Una base adentro de una caverna. Ver al BFR entrando en el hoyo y aterrizando en la plataforma, y al fondo la base ahí.
Está épico

alxoalxo

Cierto, en todo caso podrían reaprovechar el CO2 generado en las misiones tripuladas

ErickErick

Muy interesante, sin duda algo muy útil para cuando empecemos a crear una base Lunar…

¿Una pregunta estos láseres funcionarían bien en Marte con su tenue atmósfera?

JxJx

La atmósfera de Marte es muy tenue, no hay fenómenos meteorológicos significativos, tampoco hay alta densidad de moléculas como la de ozono que absorba el ultravioleta, por ejemplo, en fin, creo que si funcionaria bien este sistema en Marte.

PeluPelu

Este mismo sistema, lo dudo mucho.

La absorción y dispersión del haz láser por parte de la atmósfera marciana es menor que en el caso de la Tierra, pero no es cero como en el caso de la Luna, y eso te quita resolución de posicionamiento.

Además, las distancias a los puntos Lagrange son muy otras. El L1 de la Luna (respecto a la Tierra) está a unos 60 mil km de la Luna. El L1 de Marte (respecto al Sol) está a unos 3 millones de km de Marte.

Saludos.

PelauPelau

Este mismo sistema, lo dudo mucho.

La absorción y dispersión del haz láser por parte de la atmósfera marciana es menor que en el caso de la Tierra, pero no es cero como en el caso de la Luna, y eso te quita resolución de posicionamiento.

Además, las distancias a los puntos Lagrange son muy otras. El L1 de la Luna (respecto a la Tierra) está a unos 60 mil km de la Luna. El L1 de Marte (respecto al Sol) está a unos 3 millones de km de Marte.

Saludos.

PD: Daniel, perdón por darte trabajo, si puedes elimina mi anterior comentario, actualmente está pendiente de moderación aparentemente porque no escribí bien mi nickname, pa’ matarse :)

emijradoemijrado

¿Y la navegación celestial de toda la vida, con almanaque, sextante y toda la pesca no funcionaría en la luna?. En este enlace http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext...a392455.pdf se presenta un proyecto similar para navegar por marte con una precisión de 100 m. El proyecto considera el cálculo de efemérides en marte para crear un almanaque marciano.
Me suena que muchas naves antes del GPS se posicionaban usando las estrellas.
Igual estos no son métodos con la precisión suficiente y por eso se propone el proyecto de este post.
Gracias por el trabajo de mantener un blog así. Saludos.

GMGM

Teniendo en cuenta la antigua OKB Lávochkin ya tiene experiencia en esto mismo desde que trabajó en los Lunojod soviéticos en 1970-1973 (así como los estadounidenses en sus Apolo 11,14 y 15), cuyos reflectores láser aún funcionan y se utilizan.

Incluyéndo incluso sistemas de guiado similares de guiado con radiofaros en los diseños de los alunizajes del LK-3 de la Yuzhnoye en los años 60.

Así que, ya estaban tardando en resucitar esta tecnología de los años 60 y 70 de cara a las nuevas misiones a la Luna y otros cuerpos.

Aunque a decir verdad, lo veo inviable economicamente e ineficiente para cualquier agencia; a no ser que lo lleven a cabo varios países, lo cual es igualmente difícil dado el clima actual. Quizá si Lávochkin se lo vende a China para su programa Chang’e y futuros programas lunares veamos algo de esto realizado en unas décadas.

Enlace 1: http://danielmarin.naukas.com/2010/0...-lunojod-1/

Enlace 2: http://danielmarin.naukas.com/2014/0...or-la-luna/

DavidDavid

Lo han hecho, ha habido SF del Falcon Heavy. No se aun si ha durado los 12 segundos previstos, me ha parecido menos pero puede ser apreciación subjetiva.

Un paso más cerca de lanzarlo en febrero.

miguelmiguel

Me parece que la cantidad de usuarios por el momento y durante una temporada larga (creo que es una pena, pero es así) no compensará el gasto que conlleva.

Creo recordar que en la ISS había un experimento para un SPS (Space Position System, puestos a poner nombres …) que empleaba pulsares, no se si se podría adaptar a todos los casos y sobretodo que precisión se podría lograr. Pero desde luego este es más barato de desplegar y de mantener, por contra, seguramente los receptores SPS serán más costosos.

Muchas gracias Daniel.

Robert HillRobert Hill

Creo que no haría falta mandar satélites enormes a la luna.
Se podrían enviar veinte cubesats y que fueran los aparatos de superficie los que situaran e hicieran los cálculos para averiguar su posición.

Jose LuisJose Luis

Saludos Daniel, una pregunta, hablando de satélites en la luna, existe en la luna algo equivalente a una órbita geoestacionaria? O la menor gravedad de esta y las fuerzas de marea de la Tierra no la permiten?

1 Trackback

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