Americký Národní úřad pro letectví a vesmír připravuje dvojici družic, které mají v okolí Měsíce vyzkoušet technologie pro vzájemné vyhledání, přiblížení a koordinovaný let. Mise nazvaná CAPSTONE 02 má podle aktuálních informací NASA odstartovat v roce 2027. Jejím hlavním cílem bude ověřit, zda mohou kosmické lodě bezpečně provádět složité manévry v cislunárním prostoru s menší závislostí na navigaci a pokynech ze Země.
Družice si budou vyměňovat úlohy
CAPSTONE 02 se má skládat ze dvou identických družic o hmotnosti přibližně 400 kilogramů. Dodá je společnost Terran Orbital Systems, zatímco vedením mise byla pověřena firma Advanced Space, která provozovala také původní misi CAPSTONE. Každá družice bude moci vystupovat jako aktivní „pronásledovatel“ i jako „cíl“, k němuž se druhý stroj přibližuje. V průběhu mise si proto budou své role opakovaně vyměňovat.
Operátoři chtějí vyzkoušet několik scénářů vzájemného přiblížení, udržování relativní polohy a společného letu. Družice mají při určování své polohy využívat měření z pozemních stanic, optické senzory, pozorování Měsíce a dalších nebeských těles a palubní navigační software. Součástí vybavení bude optická aparatura vyvinutá v Lawrence Livermore National Laboratory, která poslouží navigačním experimentům i pořizování snímků Měsíce.
Na misi nebudou družice samy. Operátoři budou připravovat jednotlivé zkoušky a dohlížet na bezpečnost. Palubní systémy však mají převzít část průběžného určování polohy a relativního pohybu, takže družice nebudou muset před každým dílčím rozhodnutím čekat na instrukce ze Země.
Gravitace komplikuje přiblížení
Setkávání kosmických lodí je dlouhodobě zvládnutou součástí letů na nízké oběžné dráze Země. Cislunární prostor však vytváří odlišné podmínky. Pohyb družic zde významně ovlivňuje současně gravitace Země a Měsíce, a nelze jej proto dostatečně přesně popsat jednoduchým modelem oběhu kolem jediného centrálního tělesa.
Dřívější odborné rozbory setkání na téměř přímočarých halo drahách upozorňují, že relativní pohyb dvou těles je v takovém prostředí silně závislý na konkrétní části dráhy. Navigace musí počítat také s tím, jak se bude družice pohybovat při poruše motoru nebo vynechání plánovaného manévru. Bezpečná trajektorie má být navržena tak, aby se stroje při problémech přirozeně vzdalovaly, místo aby pokračovaly ke srážce.
Podobné požadavky zkoumá rovněž studie o návrhu robustní trajektorie pro setkání na dráze NRHO, zveřejněná prostřednictvím databáze NASA. Autoři v ní posuzovali navigační nejistoty, bezpečné koridory, chybně provedené zážehy i trajektorie volného letu. CAPSTONE 02 má teoretické modely tohoto druhu doplnit měřením ve skutečném prostředí.
Družice se k Měsíci vydají po energeticky úsporné transferové dráze, která je nejprve zavede za jeho vzdálenost a teprve následně do plánované oblasti. Už během přeletu mají testovat tři softwarové navigační systémy vyvinuté NASA. Mise bude zároveň pokračovat v měření radiačního prostředí u Měsíce a prověří možnosti komunikace mezi objekty v cislunárním prostoru.
CAPSTONE 02 naváže na menšího předchůdce
První CAPSTONE byl dvanáctijednotkový CubeSat (miniaturní satelit – pozn. red.) vypuštěný v červnu 2022. V listopadu téhož roku se stal první družicí, která vstoupila na téměř přímočarou halo dráhu (NRHO) v soustavě Země–Měsíc. Na podobné dráze má v budoucnu pracovat také vesmírná stanice Gateway.
CAPSTONE 02 má přejít od navigace jediné malé družice k provozu dvou samostatných strojů. Získané zkušenosti mohou být využity při setkání pilotované lodi Orion s lunárním přistávacím modulem v rámci mise Artemis, při zásobování plánované stanice Gateway nebo při budoucích opravách a obsluze družic.
