Tương lai trên Mặt trăng: LunaNet và Giờ chuẩn Mặt trăng sẽ định hình nền kinh tế Mặt trăng như thế nào

Mặt trăng từ lâu đã mê hoặc loài người, truyền cảm hứng cho vô số huyền thoại, câu chuyện và nghiên cứu khoa học. Sự hiểu biết của chúng ta về Mặt trăng đã thay đổi trong những năm gần đây do một số sứ mệnh ngoài không gian khám phá địa chất, bề mặt và tài nguyên khoáng sản. Ý tưởng xây dựng nền kinh tế mặt trăng đã tồn tại được một thời gian. Để biến nó thành hiện thực, các nhà khoa học sẽ phải thiết lập một cơ sở hạ tầng liên lạc và điều hướng với cách xác định thời gian được tiêu chuẩn hóa.

NASA hiện đang trong giai đoạn đầu phát triển lunanet , một sáng kiến quan trọng để tạo ra một mạng internet cho Mặt trăng. Dự án này không chỉ cho phép các phi hành gia chụp ảnh; nó là một thành phần quan trọng của Artemis chương trình. Cơ quan dự định xây dựng nhiều cơ sở hạ tầng khác nhau trên và xung quanh Mặt trăng, chẳng hạn như môi trường sống của con người , một cái mới trạm không gian và một dịch vụ web mặt trăng có thể duy trì kết nối giữa tất cả các yếu tố.

“LunaNet là một khuôn khổ gồm các tiêu chuẩn, giao thức và yêu cầu giao diện đã được thống nhất chung cho phép các sứ mệnh mặt trăng trong tương lai hoạt động cùng nhau, về mặt khái niệm tương tự như những gì chúng tôi đã làm trên Trái đất để sử dụng chung GPS và Galileo,” giải thích Javier Ventura-Traveset, Giám đốc Điều hướng của ESA.

LunaNet: Tăng cường kết nối và trao quyền cho các nhiệm vụ tại Mặt trăng

“Khi NASA thiết lập sự hiện diện bền vững trên Mặt trăng, việc tạo ra một cơ sở hạ tầng mạnh mẽ ngày càng trở nên quan trọng. Kiến trúc điều hướng và liên lạc của LunaNet có thể mở rộng và linh hoạt,” Những trạng thái DJ Israel, Kiến trúc sư Bộ phận Dự án Truyền thông và Thám hiểm Không gian trong một bài báo hội nghị có tiêu đề “LunaNet: Cơ sở hạ tầng Điều hướng và Truyền thông Khám phá Mặt trăng Linh hoạt và Có thể Mở rộng.”

Ông giải thích thêm về cách LunaNet sẽ cung cấp ba loại dịch vụ: mạng, vị trí, thời gian và điều hướng cũng như sử dụng khoa học. Người dùng, cả con người và robot, sẽ trải nghiệm chức năng mạng tương tự như trải nghiệm trên Trái đất.

ESA (Cơ quan Vũ trụ Châu Âu) đã mở một cổng ứng dụng tuần trước, mời các công ty tư nhân giúp đỡ với “Ánh trăng” chương trình, nhằm mục đích phóng ba hoặc bốn vệ tinh được “đưa vào quỹ đạo mặt trăng bằng một tàu kéo không gian và triển khai từng cái một, để tạo thành một chòm sao vệ tinh mặt trăng.” Các quỹ đạo của chòm sao vệ tinh sẽ được tối ưu hóa về mặt chiến lược để bao quanh cực nam của mặt trăng, nơi đã được chỉ định làm địa điểm hạ cánh chính cho các sứ mệnh Artemis trong tương lai của NASA.

Sáng kiến Moonlight của ESA là gì?

“Nhiều nhiệm vụ trên mặt trăng được đề xuất sẽ yêu cầu khả năng điều hướng và viễn thông đáng tin cậy. Việc xây dựng các khả năng này một cách độc lập sẽ không hiệu quả và tốn kém do sự phát triển phức tạp, lặp đi lặp lại,” bài đăng trên blog thông báo của ESA có tiêu đề “Ứng dụng kinh tế mặt trăng” đọc .

Không chỉ ESA, mà NASA cũng đã áp dụng các mô hình công-tư để cung cấp các dịch vụ không gian, chẳng hạn như giao hàng Và vận chuyển phi hành đoàn đến Trạm vũ trụ quốc tế. Những quan hệ đối tác này cũng đã được thiết lập cho những nỗ lực trong tương lai, bao gồm cả cung cấp các thí nghiệm khoa học Và phi hành gia lên bề mặt mặt trăng.

NASA đã đầu tư 1,2 tỷ USD vào không gian vũ trụ để phát triển một biến thể hạ cánh của con người của phi thuyền để hạ cánh các phi hành gia người Mỹ trên Mặt trăng dưới thời Artemis III,” đánh dấu lần đầu tiên loài người trở lại bề mặt mặt trăng sau hơn 50 năm.”

Trong tổng đầu tư vào không gian trong thập kỷ qua, lên tới 272 tỷ USD , 99% được hướng tới việc phát triển các vệ tinh và phương tiện phóng của chúng cho quỹ đạo Trái đất. Các thị trường mới nổi về môi trường sống trong không gian, dịch vụ vệ tinh và thị trường mặt trăng non trẻ chiếm 3,3 tỷ USD trong khoản đầu tư này.

Cơ quan vũ trụ có trụ sở tại Hoa Kỳ dự đoán rằng mạng lưới mặt trăng sẽ mở rộng cùng với sự gia tăng hoạt động trên và xung quanh Mặt trăng. Nó dự đoán rằng với việc thành lập Cổng mặt trăng, trạm vũ trụ mặt trăng mới được lên kế hoạch của nó, Mặt trăng sẽ cần khoảng 210 megabit mỗi giây và 4,6 terabyte mỗi ngày, như đã nêu trong một bài thuyết trình từ cơ quan trong năm trước. Khi NASA chuẩn bị cho sứ mệnh đưa con người lên sao Hỏa vào khoảng năm 2035, họ dự đoán rằng Mặt trăng cần tới 950 megabit mỗi giây và 12 terabyte mỗi ngày.

"Vào năm 2021, có 13 tàu đổ bộ, tàu quỹ đạo và tàu thăm dò trên và xung quanh Mặt trăng," Kelly Larson, Giám đốc điều hành của Aquarian Space, cho biết. nói trong tuyên bố. “Đến năm 2030, chúng tôi sẽ có khoảng 200, tạo ra một nền kinh tế mặt trăng trị giá hàng tỷ đô la.”

NASA đang nghĩ ra một kế hoạch để tăng cường các dịch vụ của mình bằng cách phóng các vệ tinh mặt trăng sẽ kết nối với nhau và cuối cùng liên kết trở lại cơ sở hạ tầng liên lạc trên Trái đất. tàu vũ trụ chuyển tiếp sẽ đặc biệt có lợi cho những phần khó tiếp cận của Mặt trăng, chẳng hạn như phía xa và cực nam của Mặt trăng, nơi mà cơ quan này nhắm đến để khám phá với sự hỗ trợ của các phi hành gia trong tương lai. Hơn nữa, cơ quan này dự định thiết lập một loạt các trạm mặt đất sẽ hoạt động giống như các tháp di động trên bề mặt Mặt trăng. Ý tưởng là tạo ra một hệ thống thông tin liên lạc trên mặt trăng hoạt động tương tự như mạng internet hơn là đường dây điện thoại.

Các công ty tư nhân, bao gồm Aquarian Space và Nokia, đang góp phần phát triển cơ sở hạ tầng internet trên mặt trăng. Không gian Aquarius các kế hoạch để phóng các vệ tinh liên lạc đầu tiên trên Mặt trăng vào quý 2 năm 2025, trong khi Nokia đang hợp tác với NASA trên mạng di động 4G cho Mặt trăng. nokia đã thắng một hợp đồng trị giá hơn 14 triệu đô la từ NASA và dự kiến sẽ cung cấp trạm cơ sở và thiết bị vô tuyến đầu tiên thông qua tên lửa SpaceX vào năm tới.

Điều hướng chính xác phụ thuộc chủ yếu vào thời gian hiện hành chính xác vì nó rất quan trọng trong việc xác định vị trí chính xác của một máy thu satnav . Bộ thu satnav đo thời gian cần thiết để nhiều tín hiệu vệ tinh tiếp cận nó và chuyển phép đo thời gian này thành ước tính khoảng cách.

Hiện tại, mọi chuyến thám hiểm mới tới Mặt trăng đều được thực hiện theo dòng thời gian của Trái đất, với sự hỗ trợ của ăng-ten không gian sâu để đảm bảo rằng đồng hồ của tàu vũ trụ được căn chỉnh với thời gian trên mặt đất và cho phép liên lạc giữa tàu vũ trụ và Trái đất. Tuy nhiên, phương pháp này sẽ không khả thi trong môi trường mặt trăng trong tương lai.

có hơn 250 sứ mệnh mặt trăng kế hoạch trong thập kỷ tới. Những nhiệm vụ này sẽ không chỉ xảy ra đồng thời trên hoặc xung quanh Mặt trăng, mà chúng còn thường xuyên tương tác với nhau. Sự tương tác này có thể liên quan đến việc chuyển tiếp thông tin liên lạc, tiến hành các quan sát chung hoặc thực hiện các hoạt động điểm hẹn.

Xem xét điều này, các cơ quan vũ trụ đã bắt đầu thảo luận về cách đo thời gian trên Mặt trăng. Các cuộc thảo luận này bắt đầu bằng một cuộc họp tại trung tâm công nghệ ESTEC của ESA ở Hà Lan vào tháng 11 năm ngoái.

"Trong cuộc họp này tại ESTEC, chúng tôi đã nhất trí về tầm quan trọng và tính cấp bách của việc xác định thời gian tham chiếu mặt trăng chung, được quốc tế chấp nhận và hướng tới mà tất cả các hệ thống mặt trăng và người dùng có thể tham khảo. Một nỗ lực chung quốc tế hiện đang được triển khai để đạt được điều này, ” nói Kỹ sư hệ thống định vị ESA Pietro Giordano.

“Việc chấm công và phân phối thời gian là cần thiết cho hiệu suất điều hướng và để duy trì đồng bộ hóa trên nhiều nội dung. Kiến thức về thời gian ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của quan sát. Bài báo hội nghị cho biết sự không chính xác và khác biệt giữa các nguồn được sử dụng trong việc gắn thẻ thời gian đo lường sẽ tạo ra độ lệch so với vị trí quỹ đạo thực.

Các quan sát thường được sử dụng trong công nghệ vô tuyến và quang học bao gồm phạm vi một chiều và hai chiều và các phép đo Doppler. Những quan sát này chủ yếu dựa vào việc đánh dấu thời gian chính xác, phải được tham chiếu đến thang thời gian được tiêu chuẩn hóa, chẳng hạn như Giờ nguyên tử quốc tế (TAI).

Việc thiết lập giờ mặt trăng chung là một thách thức độc đáo vì đồng hồ trên Trái đất và Mặt trăng hoạt động ở các tốc độ khác nhau do các trường hấp dẫn khác nhau. Như vậy, hình thức của một thời gian âm lịch chính thức sẽ không rõ ràng. Một khả năng là giờ mặt trăng có thể dựa trên hệ thống đồng hồ được thiết kế để đồng bộ hóa với Giờ phối hợp quốc tế (UTC). Ngoài ra, giờ mặt trăng có thể hoàn toàn độc lập với giờ Trái đất, dẫn đến việc tạo ra một hệ thống thời gian duy nhất được thiết kế riêng cho Mặt trăng.

Dựa theo Ước tính của Jeff Gramling , đồng hồ mặt trăng sẽ tăng khoảng 56 micro giây hoặc một phần triệu trong 24 giờ. Tốc độ chính xác sẽ là một chức năng của vị trí của chúng trên mặt trăng, tích tắc khác nhau trên bề mặt và quỹ đạo của mặt trăng.

Ngoài các quan điểm kỹ thuật, địa chính trị sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc xây dựng nền kinh tế mặt trăng. Thực thể định hình cơ sở hạ tầng internet trên Mặt trăng sẽ có ảnh hưởng đáng kể, vì nó sẽ có quyền thiết lập các hướng dẫn về cách các nhà cung cấp mạng cộng tác và phân bổ địa chỉ web trên Mặt trăng.

Bất chấp những nỗ lực của Hoa Kỳ nhằm đưa các quốc gia và cơ quan vũ trụ khác liên kết với Hiệp định Artemis , một tập hợp các nguyên tắc quốc tế nhằm hướng dẫn hoạt động thăm dò và phát triển trên mặt trăng và ngoài không gian, không có gì đảm bảo rằng tất cả các bên sẽ đồng ý với các điều khoản của nó. Đáng chú ý, Nga và Trung Quốc đang hợp tác với nhau sáng kiến mặt trăng .

Để hợp tác hiệu quả, cộng đồng quốc tế phải đồng ý về một "khung tham chiếu chọn lọc" được chia sẻ, tương tự như Khung tham chiếu mặt đất quốc tế được sử dụng trên Trái đất, cho phép đo chính xác khoảng cách chính xác giữa các điểm trên Mặt trăng. Các khung tham chiếu tùy chỉnh như vậy là các thành phần quan trọng của GNSS hiện đại (Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu).

Một khi các nhà khoa học có thể vượt qua những thách thức, việc xây dựngcổng các trạm sẽ mở cửa cho các phi hành gia ở lại và sẽ được tiếp tế với các lần phóng Artemis định kỳ. Nhiều nhiệm vụ chưa được thực hiện cũng sẽ được thực hiện - chỉ riêng mỗi nhiệm vụ của Artemis sẽ giải phóng vô số mặt trăng. CubeSats – và ESA sẽ gỡ xuống Argonaut Tàu đổ bộ hậu cần cỡ lớn châu Âu .