Die Zukunft auf dem Mond: Wie LunaNet und die Mond-Standardzeit die Mondwirtschaft prägen werden

Der Mond fasziniert die Menschheit seit langem und inspiriert unzählige Mythen, Geschichten und wissenschaftliche Untersuchungen. Unser Verständnis des Mondes hat sich in den letzten Jahren aufgrund mehrerer Weltraummissionen, die Geologie, Oberfläche und Bodenschätze erforschten, verändert. Die Idee, eine Mondwirtschaft aufzubauen, gibt es schon seit einiger Zeit. Um dies zu verwirklichen, müssen Wissenschaftler eine Kommunikations- und Navigationsinfrastruktur mit einer standardisierten Methode zur Zeitbestimmung aufbauen.

Die NASA befindet sich derzeit in einem frühen Entwicklungsstadium LunaNet , eine wichtige Initiative zur Schaffung eines Internetnetzwerks für den Mond. Dieses Projekt geht darüber hinaus, Astronauten das Fotografieren zu ermöglichen; Es ist ein entscheidender Bestandteil des Artemis Programm. Die Agentur beabsichtigt, verschiedene Infrastrukturen auf und um den Mond aufzubauen, wie zum Beispiel eine menschlicher Lebensraum , ein neuer Raumstation und ein Mond-Webdienst, der die Konnektivität zwischen allen Elementen aufrechterhalten kann.

„LunaNet ist ein Rahmenwerk aus gemeinsam vereinbarten Standards, Protokollen und Schnittstellenanforderungen, das die Zusammenarbeit zukünftiger Mondmissionen ermöglicht, konzeptionell ähnlich dem, was wir auf der Erde für die gemeinsame Nutzung von GPS und Galileo gemacht haben.“ erklärt Javier Ventura-Traveset, Navigationsmanager der ESA.

LunaNet: Verbesserung der Konnektivität und Stärkung von Missionen auf dem Mond

„Da die NASA eine dauerhafte Mondpräsenz auf dem Mond aufbaut, wird die Schaffung einer robusten Infrastruktur immer wichtiger. „Die Kommunikations- und Navigationsarchitektur von LunaNet ist erweiterbar und flexibel.“ Zustände DJ Israel, Architekt der Exploration and Space Communications Projects Division, in einem Konferenzbeitrag mit dem Titel „LunaNet: eine flexible und erweiterbare Kommunikations- und Navigationsinfrastruktur für die Monderkundung“.

Er erklärt weiter, wie LunaNet drei Arten von Diensten bereitstellen wird: Vernetzung, Position, Zeitmessung und Navigation sowie wissenschaftliche Nutzung. Benutzer, sowohl Menschen als auch Roboter, werden eine Netzwerkfunktionalität erleben, die der auf der Erde ähnelt.

Die ESA (Europäische Weltraumorganisation) hat eine eröffnet Bewerbungsportal Letzte Woche lud ich private Unternehmen ein, dabei zu helfen "Mondlicht" Programm, das darauf abzielt, drei oder vier Satelliten zu starten, die „von einem Raumschlepper in die Mondumlaufbahn gebracht und einzeln eingesetzt werden, um eine Konstellation von Mondsatelliten zu bilden“. Die Umlaufbahnen der Satellitenkonstellation werden strategisch optimiert, um den Mondsüdpol zu umfassen, der als primärer Landeplatz für die künftigen Artemis-Missionen der NASA vorgesehen ist.

Was ist die Moonlight-Initiative der ESA?

„Viele der vorgeschlagenen Mondmissionen erfordern zuverlässige Navigations- und Telekommunikationsfähigkeiten. Der unabhängige Aufbau dieser Fähigkeiten wäre aufgrund komplexer, wiederkehrender Entwicklungen ineffizient und kostspielig“, heißt es im Ankündigungs-Blogbeitrag der ESA mit dem Titel „Lunar Economy Applications“. lesen .

Nicht nur die ESA, sondern auch die NASA haben öffentlich-private Modelle für die Bereitstellung von Weltraumdiensten übernommen, wie z Fracht liefern Und Transport von Besatzung zur Internationalen Raumstation. Diese Partnerschaften wurden auch für zukünftige Unternehmungen geschlossen, einschließlich der Durchführung wissenschaftlicher Experimente Und Astronauten zur Mondoberfläche.

Die NASA hat 1,2 Milliarden US-Dollar investiert SpaceX eine menschliche Landevariante zu entwickeln Raumschiff um amerikanische Astronauten unter Artemis III auf dem Mond zu landen“, was die erste Rückkehr der Menschheit zur Mondoberfläche seit mehr als 50 Jahren darstellt.“

Von den Gesamtinvestitionen in den Weltraum im letzten Jahrzehnt, die belief sich auf 272 Milliarden US-Dollar 99 % flossen in die Entwicklung von Satelliten und deren Trägerraketen für die Erdumlaufbahn. Die aufstrebenden Märkte für Weltraumhabitate, Satellitendienste und der junge Mondmarkt machten 3,3 Milliarden US-Dollar dieser Investition aus.

Die in den USA ansässige Raumfahrtbehörde geht davon aus, dass das Mondnetzwerk mit der Zunahme der Aktivitäten auf und um den Mond wachsen wird. Es geht davon aus, dass der Mond mit der Errichtung des Lunar Gateway, seiner neu geplanten Mondraumstation, etwa 210 Megabit pro Sekunde und 4,6 Terabyte pro Tag benötigen wird, wie in a angegeben Präsentation von der Agentur im Vorjahr. Während sich die NASA auf eine bemannte Mission zum Mars um das Jahr 2035 vorbereitet, geht sie davon aus, dass der Mond bis zu 950 Megabit pro Sekunde und 12 Terabyte pro Tag benötigen wird.

„Im Jahr 2021 gab es 13 Lander, Orbiter und Rover auf und um den Mond“, sagte Kelly Larson, CEO von Aquarian Space. sagte in der Erklärung. „Bis 2030 werden wir rund 200 haben und eine milliardenschwere Mondwirtschaft schaffen.“

Die NASA entwickelt einen Plan zur Verbesserung ihrer Dienste durch den Start von Mondsatelliten, die miteinander verbunden und schließlich wieder mit der Kommunikationsinfrastruktur auf der Erde verbunden werden sollen. Das Relais-Raumschiff wird besonders für die schwer erreichbaren Teile des Mondes von Vorteil sein, wie die andere Seite und den Mondsüdpol, die die Agentur künftig mit Hilfe von Astronauten erkunden will. Darüber hinaus beabsichtigt die Agentur, eine Reihe von Bodenstationen zu errichten, die wie Mobilfunkmasten auf der Mondoberfläche funktionieren. Die Idee besteht darin, ein Mondkommunikationssystem zu schaffen, das ähnlich wie ein Internetnetzwerk und nicht wie eine Telefonleitung funktioniert.

Private Unternehmen, darunter Aquarian Space und Nokia, tragen zur Entwicklung der Internet-Infrastruktur auf dem Mond bei. Wassermannraum Pläne will bis zum zweiten Quartal 2025 seine ersten Mondkommunikationssatelliten starten, während Nokia mit der NASA an einem 4G-Mobilfunknetz für den Mond arbeitet. Nokia hat gewonnen hat einen Auftrag über 14 Millionen US-Dollar von der NASA erhalten und soll im nächsten Jahr seine erste Basisstation und Funkausrüstung über eine SpaceX-Rakete liefern.

Eine genaue Navigation hängt in hohem Maße von der präzisen Zeitmessung ab, da sie für die Bestimmung des genauen Standorts einer Person von entscheidender Bedeutung ist Navi-Empfänger . Der Navigationsempfänger misst die Zeit, die mehrere Satellitensignale benötigen, um ihn zu erreichen, und wandelt diese Zeitmessung in eine Entfernungsschätzung um.

Derzeit wird jede neue Expedition zum Mond auf der Zeitachse der Erde durchgeführt, mit Hilfe von Weltraumantennen, um sicherzustellen, dass die Uhren der Raumsonde mit der irdischen Zeit übereinstimmen und um die Kommunikation zwischen der Raumsonde und der Erde zu ermöglichen. Dieser Ansatz wird jedoch in der zukünftigen Mondumgebung nicht realisierbar sein.

Es gibt über 250 Mondmissionen im kommenden Jahrzehnt geplant. Diese Missionen werden nicht nur gleichzeitig auf oder um den Mond stattfinden, sondern auch häufig miteinander interagieren. Diese Interaktion kann die Weiterleitung von Kommunikation, die Durchführung gemeinsamer Beobachtungen oder die Durchführung von Rendezvous-Operationen umfassen.

Vor diesem Hintergrund haben Raumfahrtbehörden Diskussionen darüber initiiert, wie die Zeit auf dem Mond gemessen werden kann. Diese Diskussionen begannen mit einem Treffen im ESTEC-Technologiezentrum der ESA in den Niederlanden im November letzten Jahres.

„Während dieses Treffens bei ESTEC waren wir uns über die Bedeutung und Dringlichkeit der Definition einer gemeinsamen Mondreferenzzeit einig, die international akzeptiert ist und auf die sich alle Mondsysteme und Benutzer beziehen können. Derzeit werden gemeinsame internationale Anstrengungen unternommen, um dies zu erreichen. ” sagte ESA-Navigationssystemingenieur Pietro Giordano.

„Zeitmessung und Zeitverteilung sind für die Navigationsleistung und die Aufrechterhaltung der Synchronisierung über mehrere Assets hinweg von entscheidender Bedeutung. Zeitwissen hat erheblichen Einfluss auf die Beobachtungsgenauigkeit. „Ungenauigkeiten und Unterschiede zwischen den Quellen, die bei der Zeitmarkierung von Messungen verwendet werden, führen zu Abweichungen vom tatsächlichen Orbitstandort“, heißt es im Konferenzpapier.

Zu den in Radio- und optometrischen Technologien häufig verwendeten Beobachtungen gehören Einweg- und Zweiweg-Entfernungsmessungen sowie Doppler-Messungen. Diese Beobachtungen sind stark auf präzise Zeitstempel angewiesen, die sich auf eine standardisierte Zeitskala wie die Internationale Atomzeit (TAI) beziehen müssen.

Die Festlegung einer universellen Mondzeit stellt eine einzigartige Herausforderung dar, da die Uhren auf der Erde und auf dem Mond aufgrund der unterschiedlichen Gravitationsfelder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen. Daher ist die Form einer offiziellen Mondzeit unklar. Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Mondzeit auf einem Uhrensystem basieren könnte, das für die Synchronisierung mit der koordinierten Weltzeit (UTC) ausgelegt ist. Alternativ könnte die Mondzeit völlig unabhängig von der Erdzeit sein, was zur Schaffung eines einzigartigen Zeitsystems führen würde, das speziell für den Mond entwickelt wurde.

Entsprechend Jeff Gramlings Einschätzung würde eine Monduhr innerhalb von 24 Stunden etwa 56 Mikrosekunden oder Millionstel gewinnen. Die genaue Rate hängt von ihrer Position auf dem Mond ab und tickt auf der Mondoberfläche und in der Umlaufbahn unterschiedlich.

Abgesehen von technischen Gesichtspunkten wird die Geopolitik eine wichtige Rolle beim Aufbau der Mondwirtschaft spielen. Das Unternehmen, das die Internet-Infrastruktur auf dem Mond gestaltet, wird erheblichen Einfluss haben, da es befugt ist, Richtlinien für die Zusammenarbeit von Netzwerkanbietern und die Zuweisung von Mond-Webadressen festzulegen.

Trotz der Bemühungen der USA, andere Nationen und Raumfahrtagenturen auf ihre Linie zu bringen Artemis-Abkommen Obwohl es sich um eine Reihe internationaler Grundsätze handelt, die die Erforschung und Entwicklung des Mondes und des Weltraums leiten sollen, gibt es keine Garantie dafür, dass alle Parteien den Bedingungen zustimmen werden. Bemerkenswert ist, dass Russland und China auf eigene Faust zusammenarbeiten Mondinitiativen .

Für eine effektive Zusammenarbeit muss sich die internationale Gemeinschaft auf einen gemeinsamen „selenozentrischen Referenzrahmen“ einigen, der dem auf der Erde verwendeten internationalen terrestrischen Referenzrahmen ähnelt und eine genaue Messung präziser Abstände zwischen Punkten auf dem Mond ermöglicht. Solche maßgeschneiderten Referenzrahmen sind entscheidende Bestandteile moderner GNSS (Global Navigation Satellite Systems).

Sobald die Wissenschaftler in der Lage sind, die Herausforderungen zu meistern, beginnt der BauTor Die Stationen werden für den Aufenthalt von Astronauten geöffnet sein und regelmäßig mit Artemis-Starts versorgt. Es wird auch zahlreiche unbemannte Missionen geben – jede Artemis-Mission allein wird zahlreiche Mondmissionen freisetzen CubeSats – und die ESA wird sie niederlegen Argonaut European Large Logistics Lander .