Autonomous lunar navigation satellite system design for continuous and precise localisation

The birth of a new era regarding the exploration of the Moon is pushing scientific communities, space agencies and private companies to look for solutions and systems capable of offering support and reliability for the future lunar missions. In this context, arise the need for a Global Navigation Satellite System (GNSS) capable to provide either in-orbit or in situ services. The traditional techniques used in terrestrial GNSS design have different limitations for lunar orbits, therefore, a project alternative is proposed that overcomes such problems. The proposed strategy adopts a global multi-objective heuristic method, developed ad hoc and based on the best known PSO algorithm. The optimizer comes to offer orbital solutions that maximize coverage, the GDOP and that are manoeuvres low-cost. A further analysis is carried out about the ability to perform an autonomous orbit determination, exploiting the relative satellite-satellite distance.

La nascita di una nuova era per quanto riguarda l’esplorazione della Luna sta spingendo comunità scientifica, agenzie spaziali e compagnie private a cercare soluzioni e sistemi in grado di garantire supporto e affidabilità alle future missioni lunari. In questo contesto si inserisce la necessità di sviluppare un Sistema Satellitare Globale di Navigazione (GNSS) lunare, in grado di fornire assistenza durante operazioni in orbita o in situ. Le tecniche tradizionali impiegate nel design di GNSS terrestri hanno diverse limitazioni per applicazioni a orbite lunari, quindi, si propone un’alternativa di progetto che superi queste problematiche. La strategia proposta fa uso di un metodo euristico di ottimizzazione globale multi-obiettivo, sviluppato ad hoc e basato sul più noto algoritmo PSO. L’ottimizzatore sviluppato si propone di fornire soluzioni orbitali che massimizzino la copertura, il GDOP e che siano a basso costo di manovra. Un’ ulteriore analisi viene Condotta in merito alla capacità della costellazione di eseguire una determinazione autonoma dell’orbita, sfruttando la distanza relativa satellite-satellite.