¿Hay alguna forma (en funcionamiento o en desarrollo) de rastrear satélites en órbita lunar como rastreamos objetos en órbita terrestre?

De ¿Por qué se necesitaba el plato Green Bank de 100 m junto con el plato Goldstone de 70 m de DSN para detectar Chandrayaan-1 en órbita lunar?

arriba: "Esta imagen generada por computadora muestra la ubicación del Chandrayaan-1 en el momento en que fue detectado por el radar del Sistema Solar Goldstone el 2 de julio de 2016. El círculo púrpura de 200 kilómetros (120 millas) de ancho representa el ancho del radar Goldstone haz a la distancia lunar. El cuadro blanco en la esquina superior derecha de la animación representa la fuerza del eco. Dentro del haz del radar (círculo púrpura), el eco de la nave espacial alternaba entre ser muy fuerte y muy débil, ya que el haz del radar dispersos de las superficies metálicas planas". Crédito: NASA/JPL-Caltech. desde aquí

...¿Sigue sin resolverse el problema del seguimiento de los satélites lunares?...

tl; dr: El 2 de julio de 2016, la ubicación de la nave espacial Chandrayaan-1, en ese momento muerta, que orbitaba la Luna se determinó mediante la transmisión de pulsos de radar desde el plato de radar Goldstone y la recepción de reflejos con el observatorio Green Bank.

Esta demostración muestra que es posible, y que no es trivial, hacer detección por radar y seguimiento de pequeñas naves espaciales a la distancia de la Luna.

Ahora hay propuestas tanto en China como en Occidente para construir redes de radar dedicadas al espacio profundo.

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El seguimiento es mucho, mucho más fácil y más preciso si la nave espacial "no está del todo muerta" y tiene al menos un transpondedor coherente en funcionamiento.

Si la nave espacial está muerta

El seguimiento es algo que generalmente se hace desde la Tierra. Si la nave espacial está muerta o solo tiene reflectores de radar pasivos, entonces se necesitará un seguimiento activo de radar o lidar.

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Tenga en cuenta que para el seguimiento óptico, un "reflector pasivo" sería un retrorreflector de cubo de esquina, o una matriz del mismo. Hay varios antiguos en la Luna para rastrear la Luna que dejaron las misiones soviéticas y estadounidenses, y Beresheet también tenía uno, aunque probablemente no esté operativo.

Es posible que los futuros satélites lunares también lleven retrorreflectores. Una vela solar colocada en LEO tenía una, al igual que algunos grandes satélites de comunicaciones.

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Si el transpondedor coherente de la nave espacial sigue funcionando

Si la nave espacial todavía está al menos parcialmente viva y su transpondedor coherente todavía está operativo, entonces puede recibir señales de una estación de seguimiento (radio u óptica) y darles la vuelta y enviarlas de regreso a la misma estación de seguimiento o a una diferente.

Luego, la Tierra puede medir el tiempo de luz total de la señal y su desplazamiento doppler para medir la distancia y la velocidad radial. Si realiza varias mediciones como esta para algo que orbita alrededor de la Luna, puede converger rápidamente en su posición y orbitar con gran precisión. (¡La posición de la Luna en relación con la Tierra se conoce hasta en centímetros!)

Cuando se usan estaciones de transmisión y recepción separadas, o mejor aún, dos estaciones de recepción simultáneas, también puede usar VLBI (interferometría de línea de base muy larga) junto con los datos de tasa de rango para identificar la ubicación.

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El seguimiento de VLBI en el espacio cis-lunar se probó y perfeccionó utilizando rovers lunares y los transmisores de radio de telemetría ALSEP dejados en la Luna por las misiones de aterrizaje de Apolo.

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VLBI se utilizará para medir la ubicación del JWST en su órbita de halo a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra con una precisión de centímetros. Esto es absolutamente necesario para impulsar su presupuesto delta-v para mantener la estación en su órbita a solo unos pocos metros por segundo por año. Parte del truco también es usar el escudo solar como una vela solar (la presión de fotones del Sol ayuda a mantenerlo en su lugar justo a un lado de su distancia de órbita de halo más estable), pero no hay mucha flexibilidad ya que no se puede dirigir totalmente independiente del telescopio. (Hay un eje de rotación posible; para algunas observaciones, al telescopio no le importa cómo se gira alrededor de su eje óptico).

Pero, ¿qué pasa con el GPS?

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...o tecnologías del futuro cercano?

Las balizas o incluso los transpondedores coherentes también podrían funcionar utilizando pulsos de luz en lugar de ondas de radio. En las telecomunicaciones ópticas de 10 a 100 Gbit/s, los pulsos de luz tienen una longitud de sólo un centímetro. El haz de luz en sí no necesariamente tiene que ser coherente, solo el tren de pulsos.

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...o tecnologías de un futuro no tan cercano?

Las balizas o incluso los transpondedores coherentes también podrían funcionar utilizando pulsos de rayos X en lugar de pulsos de luz u ondas de radio.

¡Esos pulsos podrían provenir de balizas artificiales de rayos X, o podrían ser púlsares!

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El papel de los relojes atómicos del espacio profundo

Para que las balizas individuales sean particularmente útiles, la nave espacial necesita saber qué hora es con una precisión de nanosegundos. Afortunadamente, hay una solución para eso.

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El radar se puede utilizar con un transpondedor en el satélite. Una señal de medición de rango especial se envía desde la Tierra al satélite de la Luna y el transpondedor del satélite la devuelve. El tiempo de retardo de ida y vuelta se puede medir con resolución y precisión de metros.

Este método se utilizó para la misión Apolo. Consulte ¿Cómo obtener una configuración inicial de la puerta de alcance para un alcance láser lunar usando un nuevo retrorreflector por primera vez?

La potencia necesaria para un radar convencional aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la distancia. Cuando se usa un transpondedor para radar, la potencia aumenta proporcionalmente solo al cuadrado de la distancia.