GMV wyznacza nową erę w obszarze zautomatyzowanej eksploracji Księżyca dzięki LUPIN

Po przeprowadzeniu testów terenowych w dniach od 27 kwietnia do 8 maja w gminie La Oliva (wyspa Fuerteventura) międzynarodowa firma technologiczna GMV zaprezentowała niedawno projekt LUPIN (Enabling High-Performance PNT in the Lunar Environment) – przełomową inicjatywę Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) mającą na celu opracowanie prototypowego systemu nawigacji symulującego przyszłe sygnały odbierane przez łaziki na powierzchni Księżyca. Jest to system nawigacyjny podobny do GPS, przystosowany do użytku na powierzchni Księżyca, który pozwoli użytkownikom, takim jak łaziki czy astronauci, na korzystanie z narzędzia nawigacyjnego analogicznego do Map Google.

W kontekście ponownego zainteresowania eksploracją Księżyca rozwój zaawansowanych technologii wspierających aktywność łazików, lądowników, a nawet obecność ludzi na powierzchni Księżyca, stał się strategicznym priorytetem dla przemysłu kosmicznego. W związku z tym ESA prowadzi ten pionierski projekt w ramach Programu Innowacji i Wsparcia Nawigacji (NAVISP), który przetestuje nowe techniki pozycjonowania, nawigacji i wyznaczania czasu (PNT) do eksploracji oraz zastosowań na powierzchni Księżyca. Technologie te połączą obecne planetarne metody PNT z przyszłymi sygnałami pomiaru odległości LCNS (Lunar Communication Navigation System) – sygnałami satelitarnymi, które będą wykorzystywane w taki sam sposób jak sygnały GPS na Ziemi, ale z satelitami krążącymi wokół Księżyca i dostosowanymi do różnych obszarów zainteresowania (np. księżycowego bieguna południowego, ukrytej powierzchni czy stale zacienionych regionów).

Obecne możliwości nawigacji księżycowej napotykają poważne ograniczenia. W przeciwieństwie do Ziemi Księżyc nie dysponuje infrastrukturą satelitów pozycjonujących, takich jak GPS. Oznacza to, że statki kosmiczne i łaziki nie są w stanie dokładnie określić swojej lokalizacji w czasie rzeczywistym, tylko muszą polegać na wewnętrznych obliczeniach i danych przesyłanych z Ziemi. Aby pokonać te bariery, firma GMV opracowała prototyp nawigacji księżycowej LUPIN na użytek ESA. Technologia ta zrewolucjonizuje sposób, w jaki astronauci i pojazdy będą działać na powierzchni Księżyca w ciągu przyszłej dekady. LUPIN zmniejszy zależność od złożonych algorytmów lokalizacji względnej na pokładzie, optymalizując wydajność i efektywność łazików na powierzchni Księżyca.

Ten postęp nie tylko poprawi dokładność, ale także umożliwi szybsze i bardziej wydajne wyznaczanie tras, jednocześnie zmniejszając obciążenie obliczeniowe związane z nawigacją. W rezultacie ograniczenia prędkości łazika będą określane głównie przez warunki terenowe, a nie ograniczenia techniczne, co zapoczątkuje nową erę w obszarze zautomatyzowanej eksploracji Księżyca.

Podczas kampanii testów na wyspie Fuerteventura system nawigacji w czasie rzeczywistym został pomyślnie zweryfikowany i zatwierdzony za pomocą różnych testów, które reprezentowały warunki przyszłych sygnałów LCNS dla precyzyjnego pozycjonowania i lokalizacji łazika na powierzchni Księżyca. 

Podczas ceremonii prezentacji, która odbyła się na arenie zapaśniczej w Lajares, burmistrz La Oliva, Isaí Blanco, zaakcentował „zaszczyt, jakim jest dla ratusza La Oliva goszczenie tak innowacyjnej inicjatywy, jak ten projekt, w naszej gminie. Sukces tych testów terenowych pokazuje, że wyspa, a w szczególności La Oliva, może być poddawana tego rodzaju badaniom, które stanowią znaczący postęp w nauce, bez uszczerbku dla dbałości o nasze środowisko”.

Dla radnego ds. innowacji Rady Wyspy Fuerteventura, Rayco Leóna, wyspa jawi się jako punkt odniesienia w technologii lotniczej i kosmicznej, z tak istotnymi projektami jak te promowane przez Park Technologiczny Fuerteventura, które służą dywersyfikacji gospodarki w wyspecjalizowanych obszarach. Dlatego ważnym jest, aby wciąż realizować projekty w dziedzinie innowacji i utrzymać pozycję Fuerteventury jako miejsca idealnego do realizacji inicjatyw takich jak ta, która została zaprezentowana w dniu dzisiejszym.

Mariella Graziano, dyrektorka GMV ds. strategii i rozwoju działalności w obszarze nauki, eksploracji i transportu, oraz Steven Kay, kierownik projektu LUPIN w GMV, wyjaśnili, na czym polegały testy terenowe, a także udzielili szczegółowych informacji dotyczących tych działań. Według Stevena Kaya „udało się zebrać ponad 7 km danych z podróży przy różnych prędkościach, od konwencjonalnych 0,2 m/s do przyszłych szybkich prędkości wynoszących 1,0 m/s. Ponadto przeprowadzono symulację różnych warunków i rodzajów środowisk księżycowych, w tym testy nocne z kombinacją symulowanego światła słonecznego w celu naśladowania warunków oświetleniowych na Księżycu, a także w całkowitej ciemności przy użyciu wyłącznie oświetlenia na pokładzie łazika do nawigacji”. „Zespół ciężko pracował na Fuerteventurze, przeprowadzając testy w celu wsparcia rozwoju potencjalnego systemu PNT segmentu użytkownika, zdolnego do dostarczania dokładnych informacji o lokalizacji dla przyszłych misji księżycowych. W firmie GMV lubimy przesuwać granice technologii i sprawiać, że przyszłość staje się teraźniejszością” – mówiła Mariella Graziano.

Obecne technologie nawigacji księżycowej i ich ograniczenia w porównaniu z systemami naziemnymi, takimi jak Mapy Google

Eksploracja Księżyca przebyła długą drogę od czasu pierwszych lądowań na Księżycu w XX wieku. Misje takie jak Artemis NASA, chiński moduł Chang'e czy indyjski Chandrayaan wykorzystują zaawansowane technologie do nawigacji po powierzchni Księżyca. Jednak możliwości te są dalekie od płynności i dokładności, których doświadczamy na Ziemi dzięki aplikacjom takim jak Mapy Google.

Misje księżycowe wykorzystują kombinację inercyjnych systemów nawigacyjnych (INS), kamer optycznych, czujników wysokości (LIDAR) i map cyfrowych generowanych przez orbitujące satelity. Mapy te umożliwiają planowanie tras ze względną dokładnością, identyfikowanie przeszkód i obszarów zainteresowania naukowego oraz wykonywanie manewrów lądowania na Księżycu z coraz mniejszym marginesem błędu.

Ponadto niektóre moduły eksperymentują z ograniczoną autonomiczną nawigacją, wykorzystując algorytmy widzenia komputerowego do porównywania w czasie rzeczywistym terenu z wcześniej zapisanymi mapami. Technologia ta jest szczególnie przydatna w przypadku opóźnień w komunikacji z Ziemią lub podczas eksploracji regionów po drugiej stronie Księżyca.

Niemniej jednak, choć mapowanie Księżyca uległo znacznej poprawie, pozostaje ono niekompletne i statyczne. Nie istnieją aktualizacje w czasie rzeczywistym ani informacje o zmianach terenu spowodowanych niedawnymi uderzeniami lub ruchami pyłu księżycowego. Komunikacja zależy od bezpośredniej widoczności z Ziemią bądź wykorzystania satelitów przekaźnikowych na orbicie księżycowej. Tworzy to strefy cienia komunikacyjnego i czasy opóźnień, które utrudniają natychmiastowe podejmowanie decyzji.

Z kolei systemy takie jak Mapy Google są zasilane przez globalną sieć satelitów GPS, stałą łączność mobilną, czujniki na milionach urządzeń oraz dynamiczne aktualizacje. Możemy natychmiast poznać naszą dokładną pozycję, otrzymać precyzyjne wskazówki i uzyskać dostęp do informacji z otoczenia, takich jak ruch drogowy, usługi czy zmiany terenu. Te funkcje wymagają infrastruktury planetarnej, która po prostu nie istnieje na Księżycu.