¿Podemos usar el GPS en órbita en la luna? ¿Qué tal en Marte?
El GPS se usa regularmente en órbita terrestre baja.
Es posible utilizar las señales de los lóbulos laterales de las antenas de transmisión GPS para recibir servicio en una órbita terrestre alta hasta y potencialmente más allá de la altitud geosíncrona:
(Crédito de la imagen: Mundo GPS)
Sin embargo, es un desafío porque las señales son sustancialmente más débiles y la cobertura es intermitente. Estos documentos y esta presentación discuten el concepto.
La navegación GPS ha sido demostrada desde HEO durante una extensión de la misión GIOVE-A . No he podido encontrar ningún informe de intento de recepción en altitudes geosincrónicas.
La luna sería una verdadera exageración (aunque ha sido propuesta y simulada ), y la recepción en Marte está completamente fuera de discusión. Sin embargo, cabe señalar que la navegación de las sondas del espacio profundo, incluidas las de Marte, se realiza con técnicas fundamentales similares a las del GPS (es decir, autocorrelación de largas secuencias de bits pseudoaleatorias).
El GPS es utilizado desde hace algunos años por satélites en órbita geoestacionaria. Consulte, por ejemplo, este documento de Lockheed Martin sobre GOES-R, de las actas de ESA GNC 2017: https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20170004849.pdf
Si bien no puedo abordar esto por completo, puedo dar parte de una respuesta:
Si estás mirando 4 satélites, en realidad hay dos soluciones posibles para las ecuaciones. Normalmente puedes rechazar uno porque está lejos de la Tierra, está sobre o muy cerca de la superficie de la Tierra. Si intenta usarlo en el espacio profundo, no puede hacer esta suposición y, por lo tanto, una solución requerirá cinco satélites, no cuatro.
Además, cuanto más se aleje de la Tierra, más agrupados estarán los satélites desde su punto de vista y, por lo tanto, más imprecisa será la solución.
Dejaré que otros determinen qué tan lejos puede llegar antes de que la señal sea demasiado débil y si los propios satélites tienen antenas que dirigen su energía hacia la tierra (lo cual es muy posible. Una antena direccional corta la energía necesaria para el transmisor y por lo tanto el área de las células solares necesarias para alimentarlo.)
Tenga en cuenta que la mayoría de las unidades civiles no funcionan en el espacio, punto. Esta es una decisión de diseño, no una limitación técnica: evita que algún sombrero negro use uno para guiar su misil. Algunos de ellos se apagan a altitudes lo suficientemente bajas como para causar problemas a las personas que envían globos al borde del espacio.
Marte definitivamente está fuera de discusión por el hecho de que está demasiado lejos, e incluso si las señales se pueden obtener con algún algoritmo de filtrado de coincidencias loco, la geometría de los satélites GPS sería demasiado horrible para trilaterar cualquier posición con una precisión factible. Por geometría, me refiero a que estaría demasiado lejos como para que cada vector de línea de visión de la constelación de satélites GPS casi apuntara en la misma dirección (¡el mismo vector unitario)!
La Luna es un caso interesante. Las simulaciones recientes en el nuevo hardware GNSS han demostrado que en realidad podemos recibir señales de lóbulo lateral en la superficie lunar, aunque con una SNR muy baja. Por lo tanto, necesitaríamos receptores GNSS con una sensibilidad mucho mayor que los que están conectados a la Tierra. Para la escala, un satélite GPS se encuentra aproximadamente a una distancia de 20 000 a 26 000 km de la Tierra. En el mejor de los casos, cuando algún satélite N-th GPS se alinea entre la Tierra y la Luna de forma colineal, las señales GPS deben viajar ~ 360 000 km para llegar a la superficie lunar. Sin embargo, hay algo de trabajo al respecto. Consulte las referencias a continuación:
Es posible que puedas llegar mucho más lejos. Depende exactamente de lo que quieras decir con "GPS" y de la rapidez con la que lo necesites. Hay una misión en la Estación Espacial Internacional en este momento que está trabajando en un nuevo GPS. ¡En este caso, la "G" significa Galáctico! La misión, NICER, está destinada principalmente a estudiar estrellas de neutrones. Sin embargo, como se indica en la Ref 1, "... además de sus objetivos científicos, NICER permitirá la primera demostración espacial de navegación de naves espaciales basada en púlsares, a través de la mejora de Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology (SEXTANT) a la misión, financiada por el programa de Desarrollo de Cambio de Juego de la Dirección de Misión de Tecnología Espacial de la NASA".
Ref 1 hoja de datos NICER https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/nicer/
Información de referencia 2 SEXTANTE https://gameon.nasa.gov/projects/deep-space-x-ray-navigation-and-communication/
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