Con la avalancha de misiones planeadas a la Luna en los próximos años, la necesidad de ofrecer servicios de comunicaciones y navegación cada vez es mayor. El asunto de las comunicaciones es sencillo de entender: puesto que la Luna siempre muestra el mismo hemisferio hacia nuestro planeta, la única forma de garantizar un enlace en tiempo real con la cara oculta es usando satélites de retransmisión de datos, como los Queqiao 1 y 2 lanzados por China. Esta necesidad de comunicación también se extiende al polo sur lunar, objetivo de la mayoría de sondas de los próximos años, incluyendo las misiones tripuladas Artemisa de la NASA. El motivo es que desde estas zonas la Tierra puede estar muy baja en el horizonte o desaparecer de la vista según las estaciones (no, la Tierra no permanece estática en el cielo lunar, pues se mueve según las libraciones lunares y otros factores).

En el caso de los sistemas de navegación, saber exactamente dónde estás gracias al equivalente a un sistema GPS lunar tiene unas ventajas más que obvias. Por ejemplo, para una nave sería mucho más sencillo alunizar en la Luna con precisión si tuviera datos sobre su posición y velocidad. Un sistema de posicionamiento lunar permitiría además usar equipos más sencillos que los complejos sistemas de aterrizaje actuales, que incluyen una combinación de radares Doppler, lídar y navegación óptica. De esta forma se abriría la puerta a alunizajes de sondas más sencillas y pequeñas. Del mismo modo, una red de comunicaciones lunares permitiría que las sondas no llevasen equipos y antenas tan grandes y complejas. El siguiente paso es combinar ambos sistemas en uno solo que ofrezca servicios de navegación y comunicaciones al mismo tiempo.

Esto es precisamente lo que pretenden las agencias espaciales NASA, ESA y JAXA con el proyecto LunaNet, una red de satélites en órbita lunar que pueda ofrecer estos servicios. En realidad, LunaNet es una combinación de tres sistemas diferentes, el LCRNS (Lunar Communications Relay and Navigation Systems) de la NASA, la red Moonlight de la ESA y el LNSS (Lunar Navigation Satellite System) de la japonesa JAXA. De los tres, el más ambicioso y completo es el europeo Moonlight. Como ya vimos hace unos años, Moonlight estará formado por cinco satélites, cuatro de 350 kg destinados a servicios de navegación, y uno de 1 tonelada para comunicaciones. Los cinco satélites estarán situados en órbitas elípticas de tipo ELFO (Elliptical Lunar Frozen Orbit), de 500 x 7500 kilómetros, 57,8º de inclinación y un periodo de 24 horas. Al igual que las órbitas de tipo Mólniya alrededor de la Tierra, las órbitas ELFO garantizan una buena cobertura de los polos, al mismo tiempo que se mantiene una línea de comunicación con la Tierra casi permanente. Además son órbitas muy estables, todo un milagro en el entorno de la Luna, afectado por la desigual distribución de masas de la corteza lunar —Mascons— y por la gravedad de la Tierra, el Sol y hasta Júpiter, además del viento solar.

Moonlight ofrecerá servicios de comunicaciones y navegación desde el polo sur lunar hasta los –70º sur de latitud y una altitud de hasta 200 kilómetros. Las naves lunares podrán enviar hasta 250 megabits de datos por segundo hacia la Tierra, mientras que en sentido contrario se podrán alcanzar tasas de transmisión de hasta 50 Mbit/s. La red garantizará hasta 15 horas seguidas de cobertura sobre el polo sur. Para alcanzar una cobertura mayor, habrá que lanzar satélites adicionales, como en el caso de los satélites de comunicación de tipo Mólniya. Las naves que usen Moonlight podrán alunizar con una precisión mayor de 50 metros o moverse por la superficie en tiempo real con una precisión superior a 10 metros. Y todo ello sin necesidad de llevar ningún equipo de navegación autónoma, solo el receptor de la señal de la red Moonlight. Si en vez de tiempo real podemos analizar los datos durante un tiempo, la precisión puede aumentar hasta los 3 metros. Son cifras impresionantes teniendo en cuenta que con la red de espacio profundo (DSN) se alcanzan precisiones de kilómetros o, como mucho, cientos de metros. Esta precisión ayudará sin duda a que las sondas puedan alunizar en las islas de la luz eterna del polo sur, cuya extensión superficial es muy reducida. Los cinco satélites de Moonlight se desplegarán entre 2028 y 2030.

Para experimentar las tecnologías asociadas a Moonlight, la ESA lanzará en 2026 el satélite Lunar Pathfinder —dos años más tarde de lo inicialmente previsto—. Lunar Pathfinder, de 330 kg, pondrá a prueba la novedosa técnica de determinar la posición en órbita lunar usando las señales de los satélites GPS y Galileo. Puesto que las antenas de los satélites de estas dos constelaciones apuntan a la Tierra, a la Luna solo llega una señal muy débil y, además, el 80% de la misma corresponde a los lóbulos secundarios de las antenas. Lunar Pathfinder demostrará que es posible usar la señal de navegación de los satélites GPS y Galileo para alcanzar precisiones en la órbita de hasta 40 metros (el truco solo funciona si se usan los dos sistemas al mismo tiempo). Para comprobar la posición real del satélite y analizar el error del cálculo de la posición por esta técnica, Lunar Pathfinder llevará un retrorreflector láser que se usará para determinar su localización en la órbita usando láseres emitidos por observatorios terrestres. Al saber dónde se encuentra exactamente en órbita lunar, la señal de Lunar Pathfinder puede ser usada para calcular la posición de otra nave en órbita o en la superficie lunar. Esta técnica será usada por los satélites Moonlight.

Lunar Pathfinder viajará en un Falcon 9 hacia la Luna junto a la segunda misión del módulo lunar Blue Ghost de Firefly, que debe alunizar en la cara oculta. Ofrecerá servicios de navegación del radiotelescopio LuSEE-Night que llevará esta sonda. En esta misión, el orbitador Elytra Dark de Firefly actuará como principal enlace entre el módulo lunar y la Tierra. Lunar Pathfinder estará en una órbita ELFO y, de hecho, debía ser la primera sonda en esta órbita, pero el satélite retransmisor chino Queqiao 2 se le adelantó en 2024.

La red de la NASA LCRNS (Lunar Communications Relay and Navigation Systems) es similar a Moonlight, es decir, hará uso de satélites en órbitas ELFO —de unas 12 horas de periodo— que a su vez emplearán las señales secundarias de las constelaciones GPS y Galileo. No obstante, una diferencia fundamental es que los satélites los suministrará la iniciativa privada dentro del marco del contrato CLPS (Commercial Lunar Payload Services) de la NASA, así que es posible que cada unidad se dedique a otras tareas secundarias además de prestar servicios de comunicaciones y navegación. Por este motivo, aunque se prevé el empleo de órbitas ELFO, algunas unidades podrían estar en otras órbitas diferentes. Al igual, que Moonlight, LCRNS ofrecerá servicios a latitudes de hasta –70º sur y 200 kilómetros de altitud. Por otro lado, la red japonesa LNSS (Lunar Navigation Satellite System) estará formada por ocho satélites, cuatro de ellos en una órbita ELFO y los restantes en otra, garantizando así una cobertura continua. Los ocho servirán para ofrecer servicios de navegación, mientras que cuatro de ellos llevarán además cargas útiles para servicios de comunicación por radio y láser.

Japón ha propuesto una misión para probar la compatibilidad de los tres sistemas. Junto con el primer satélite LNSS, que debe despegar en 2029 mediante un cohete H3, volaría una pequeña sonda de aterrizaje (a diferencia de SLIM, sería de aterrizaje vertical, no horizontal). La sonda emplearía en el alunizaje las señales combinadas procedentes del nuevo satélite LNSS japonés, las del primer satélite Moonlight y las de los dos primeros LCRNS de la NASA.

A partir de 2031 la ESA quiere introducir el sistema Novamoon, una mejora de Moonlight que incluirá una estación diferencial en la superficie lunar. Como es sabido, la precisión de los sistemas de navegación se puede aumentar de forma dramática usando estaciones terrestres: si yo sé con una enorme precisión las coordenadas de un punto determinado, puedo corregir los errores de la señal de los satélites. En la Luna ocurre lo mismo, con la ventaja de que no tenemos atmósfera ni ionosfera que distorsionen la señal de los satélites de la red de navegación. Esto implica que nos basta una única «estación terrestre» en la superficie lunar para alcanzar precisiones en la posición de cualquier nave sobre el polo sur inferior a 1 metro, del orden de 25 centímetros. Para que nos hagamos una idea de la asombrosa precisión que esto supone, recordemos que las deformaciones de la corteza lunar por las fuerzas de marea es de 20 a 40 centímetros, así podremos investigar directamente la estructura interna de la Luna con esta técnica.

La estación lunar de Novamoon viajará a bordo del primer módulo lunar de carga Argonauta. Argonauta 1 llevará como parte de esta carga un reloj atómco y un retrorreflector láser. También llevará un emisor de señales en radio que simula la frecuencia de un cuásar para que pueda ser detectada por los radiotelescopios terrestres y permitir el cálculo de la posición de la nave en la superficie lunar. La inclusión de un reloj atómico permitirá abrir el debate sobre el tiempo en la Luna y si es necesario establecer un horario de referencia, o bien zonas o husos horarios.

Más allá de la Luna, la ESA y la NASA pretenden llevar esta red de navegación a Marte. La NASA ha abierto una ronda de contactos con la iniciativa privada para desarrollar varias sondas que cumplan esta función, siendo una de estas propuestas la constelación Marslink de SpaceX. Por su parte, la ESA propone la red MARCONI (MARs COmmunication and Navigation Infrastructure), similar en concepto a Moonlight. A diferencia de la Luna, las futuras misiones a la superficie de Marte irán a múltiples zonas diferentes, no solo al polo sur, y, además, la rotación marciana es muy diferente de la Luna. Por eso, tan solo dos satélites permitirían aterrizajes con una precisión de 15 metros a una sonda que también disponga de un modelo virtual del terreno marciano. Los satélites de MARCONI serán llevados a la órbita de Marte por el remolcador LightShip de la ESA, una sonda capaz de transportar hasta doce satélites, dependiendo de su tamaño. Si es aprobada, la primera misión Light Ship podría volar en 2032. Las constelaciones de la NASA y la ESA en Marte también serían compatibles, de ahí que se denominen conjuntamente MarsNet. Pero no nos adelantemos demasiado. Porque antes de desplegar MarsNet todavía queda mucho trabajo por delante en la Luna.

Referencias:

• Las nuevas infraestructuras de comunicación y navegación lunar
• https://www.unoosa.org/documents/pdf/icg/2024/WG-B_Lunar_PNT_Jun24/LunarPNT_Jun24_01_04.pdf
• https://www.unoosa.org/documents/pdf/icg/2024/WG-B_Lunar_PNT_Jun24/LunarPNT_Jun24_01_02.pdf
• https://esc.gsfc.nasa.gov/static/896e06df75903e995b45566626127ca0/ESC_LCRNS_SPEC_0015_Version_4_12_14_2022_440b799e64.pdf
• https://bsgn.esa.int/wp-content/uploads/2024/12/Floor-Melman_-Lunar-Comm-Nav-Session.pdf
• https://bsgn.esa.int/wp-content/uploads/2024/12/Masaya-Murata_Lunar-Comm-Nav-Session.pdf
• https://blogs.esa.int/to-mars-and-back/2025/01/21/towards-low-cost-missions-to-mars/