Переход на Лунное время — почему важно иметь единый стандарт времени?

Человечество вступает в новую эру исследования Луны, и на ближайшее десятилетие запланировано множество лунных миссий. Полным ходом идет строительство лунной станции Gateway и космического корабля Orion, предназначенных для возвращения людей на наш естественный спутник. Параллельно этим важным стройка ведется разработка большого логистического лунного посадочного модуля, известного как Argonaut. Поскольку десятки миссий будут работать на Луне и вокруг нее, они должны будут общаться друг с другом и определять свои позиции независимо от Земли. Эти новые процессы потребуют своего собственного времени.

Соответственно, космические организации начали думать о том, как следить за временем на Луне. Начавшись со встречи в технологическом центре ESA ESTEC в Нидерландах в ноябре прошлого года, обсуждение является частью более масштабных усилий по согласованию общей архитектуры LunaNet, охватывающей лунные службы связи и навигации.

До сих пор каждая новая миссия на Луну выполнялась в своей собственной шкале времени, экспортируемой с Земли, а антенны для дальнего космоса использовались для синхронизации бортовых хронометров с земным временем, в то же время они облегчали двустороннюю связь. Однако этот способ работы не будет устойчивым в грядущих лунных условиях.

Источник: NASA

Изображение было получено камерой Artemis I, установленной на крыльях солнечной батареи европейского служебного модуля, 5 декабря 2022 года.

После завершения строительства станция Gateway будет открыта для пребывания астронавтов, пополнения запасов посредством регулярных запусков NASA Artemis, вплоть до возвращения человека на поверхность Луны, кульминацией которого станет база с экипажем возле южного полюса Луны. Между тем, также будут выполняться многочисленные беспилотные миссии — каждая миссия Artemis сама по себе будет выпускать множество лунных CubeSat, а ESA запустит свой большой логистический посадочный модуль Argonaut.

Эти миссии будут не только находиться на Луне или вокруг нее в одно и то же время, но они также часто будут взаимодействовать друг с другом, потенциально передавая сообщения друг другу, выполняя совместные наблюдения или выполняя операции по сближению. И все это должно быть подчинено единой системе, в том числе, и навигационной.

Для решения задач, которые возникнут в это активное время, ESA запустило программу Moonlight — лунную службу связи и навигации. Она позволит миссиям поддерживать связь с Землей, а также направлять аппараты на пути вокруг Луны и на поверхности, позволяя им сосредоточиться на своих основных задачах. Но также Moonlight потребуется общая временная шкала, чтобы связать миссии и упростить определение местоположения.

Рано или поздно к Moonlight на лунной орбите присоединится эквивалентная служба, спонсируемая NASA, — Lunar Communications Relay and Navigation System. Чтобы максимизировать совместимость, эти две системы должны использовать одинаковую шкалу времени, наряду со многими другими миссиями с экипажем и без экипажа, которые они будут поддерживать.

Точная навигация требует строгого учета времени. Это связано с тем, что приемник спутниковой навигации определяет свое местоположение, преобразовывая время, за которое несколько спутниковых сигналов достигают его, в меры расстояния — умножая время на скорость света.

Все наземные спутниковые навигационные системы, такие как российская ГЛОНАСС или американская GPS, работают по своим собственным системам синхронизации, но они имеют фиксированные смещения относительно друг друга до нескольких миллиардных долей секунды, а также относительно универсального универсального времени (UTC). Глобальный стандарт координированного времени.

Замена времени по Гринвичу, UTC, является частью всей нашей повседневной жизни: это время, используемое для Интернета, банковских и авиационных стандартов, а также для точных научных экспериментов, поддерживаемых парижским Международным бюро мер и весов (BIPM). BIPM вычисляет UTC на основе входных данных из коллекций атомных часов, поддерживаемых учреждениями по всему миру, включая технический центр ESTEC ESA в Нордвейке, Нидерланды, и центр управления полетами ESOC в Дармштадте, Германия.

Среди обсуждаемых в настоящее время тем — вопрос о том, должна ли одна организация также нести ответственность за установку и поддержание лунного времени. А также, должно ли лунное время устанавливаться независимо на Луне или синхронизироваться с Землей. Международная команда, работающая над этим вопросом, столкнется с серьезными техническими проблемами. Например, часы на Луне идут быстрее, чем их земные аналоги, ускоряясь примерно на 56 микросекунд или миллионных долей секунды в день. Их точная скорость зависит от их положения на Луне,показывая разное время на поверхности Луны и на орбите.

Наконец, чтобы работать вместе должным образом, международное сообщество также должно установить общую "селеноцентрическую систему отсчета", аналогичную той роли, которую играет на Земле Международная земная система отсчета, позволяющую последовательно измерять точные расстояния между точками на нашей планете. Правильно настроенные системы отсчета являются важными компонентами современных систем GNSS.