Aktualności

System nawigacyjny dla Marsa zostanie zbudowany z udziałem polskich naukowców

22-07-2025

Holownik marsjański LightShip Europejskiej Agencji Kosmicznej powstający w ramach programu Mars Communication and Navigation Infrastructure (MARCONI). Credit: ESA
Ogromnym sukcesem zakończyły się negocjacje z Europejską Agencją Kosmiczną, w wyniku których zostało wyłonione konsorcjum, które zaprojektuje system nawigacji satelitarnej dla Marsa. 25% udziałów w zwycięskim konsorcjum stanowi zespół specjalistów z Wrocławia, który wraz z partnerami z Włoch i Francji zaprojektuje satelity, które będą orbitować wokół Czerwonej Planety po 2040 r. System będzie stanowił kluczowy element w podróżach załogowych oraz w przyszłej kolonizacji Marsa.

Udział europejskich podmiotów w obserwacjach i podboju kosmosu jest coraz większy, stąd coraz większe stają się ambicje Europejskiej Agencji Kosmicznej. ESA planuje w 2040 roku zbudowanie pierwszego systemu nawigacji satelitarnej na planecie innej niż Ziemia – i będzie to Mars. Agencja ogłosiła konkurs pt. “Fundamental techniques, models and algorithms for a Mars Radio Navigation system”, do którego przystąpiły różne podmioty z krajów członkowskich ESA i stowarzyszonych. Po negocjacjach odbywających się 21 lipca 2025 r. został wyłoniony zespół, który zrealizuje projekt MAPS na zlecenie ESA w ramach programu MARCONI. Będzie to konsorcjum, w skład którego weszły wiodące podmioty z branży satelitarnej i kosmicznej w skali światowej: Centrum Badań Kosmicznych CRAS z Uniwersytetu La Sapienza w Rzymie, Obserwatorium Lazurowego Wybrzeża CNRS z Francji, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu oraz trzy firmy: Thales Alenia Space, Telespazio oraz QASCOM Aerospace&Defence. Thales oraz Telespazio to wiodące firmy z branży satelitarnej, które mogą pochwalić się zbudowaniem satelitów europejskiego systemu nawigacyjnego Galileo pierwszej generacji, a obecnie są zaangażowane w budowę systemu drugiej generacji. QASCOM to firma, która niedawno wysłała misję na Księżyc. Misja zakończyła się spektakularnym sukcesem, gdyż była wyposażona w odbiornik GNSS śledzący sygnały satelitarne GPS i Galileo od satelitów znajdujących się po przeciwnej stronie Ziemi. Sygnał udało się odebrać nawet z odległości 331 tys. km z 3 satelitów GPS i 2 satelitów Galileo, co stanowi dotychczasowy rekord w pozycjonowaniu z wykorzystaniem ziemskich systemów GNSS. Misja zakończyła się w marcu 2025 r. skutecznym lądowaniem na Księżycu, na powierzchni którego zainstalowano retroreflektor do laserowych pomiarów odległości z wykorzystaniem ziemskich dalmierzy. Już pierwszej nocy po instalacji retroreflektora Obserwatorium Lazurowego Wybrzeża we Francji dokonało pomiarów laserowych z dokładnością milimetrową. Jest to pierwszy retroreflektor zainstalowany na Księżycu od ponad 52 lat. Poprzedni retroreflektor został umieszczony w 1973 r. w ramach radzieckiej misji Łuna 21, lecz ze względu na złe ustawienie łazika względem kierunku Ziemi, niewiele obserwacji zostało do niego wykonanych w porównaniu np. z retroreflektorami z misji Apollo 11, 14 i 15.

W skład konsorcjum, które zaprojektuje system nawigacyjny dla Marsa wejdą przedstawiciele uniwersytetów – La Sapienza w Rzymie oraz UPWr z Wrocławia. Konsorcjum zaprojektuje strukturę sygnałów nawigacyjnych, konstelacje satelitów oraz opracuje numeryczny symulator lądowania, manewrów orbitalnych, startów z powierzchni oraz pozycjonowania dronów marsjańskich. Dotychczas konsorcjum z udziałem UPWr było odpowiedzialne za zaprojektowanie systemu nawigacji i telekomunikacji na Księżycu – Moonlight. Pierwsze satelity systemu zaprojektowanego m.in. przez polski zespół zostaną wyniesione za 3 lata w 2028 roku, a system osiągnie pełną operacyjność w 2030 roku. Polski zespół w projekcie MAPS będzie odpowiedzialny za analizę dokładności pozycjonowania na Marsie oraz na niskiej orbicie biorąc pod uwagę różne scenariusze (m.in. satelity, drony, aeroboty, lądowniki, łaziki) oraz komunikację jedno- i dwukierunkową z satelitami. Do tego celu zostanie opracowany cyfrowy bliźniak Marsa z uwzględnieniem pola grawitacyjnego planety wpływającego na ruch satelitów, wpływu ciśnienia słonecznego oraz perturbacji innych ciał niebieskich, atmosfery Marsa, a w szczególności części zjonizowanej wpływającej na opóźnienia sygnałów radiowych, definicji układów odniesienia oraz czasu marsjańskiego, który płynie inaczej niż czas na Ziemi ze względu na efekty wynikające z ogólnej teorii względności. Polski zespół zaprojektuje również strukturę sygnału nawigacyjnego, który będzie wysyłany przez satelity i który będzie zawierał informacje o pozycji satelitów z całej konstelacji oraz predykcję tych pozycji, parametry ruchu obrotowego Marsa oraz pozycję środka masy planety względem Ziemi i Słońca. Projektowanie systemu satelitarnego dla Marsa wiąże się z koniecznością zachowania wysokiego poziomu autonomii w porównaniu do systemów ziemskich i księżycowych. Sygnał poruszający się z prędkością światła dociera na Księżyc w nieco ponad sekundę. Na Marsa, sygnał potrzebuje nawet 22 minut, żeby dotrzeć z Ziemi. W tym czasie system satelitarny musi operować w trybie w pełni autonomicznym.

W skład polskiego zespołu, który zrealizuje projekt na rzecz ESA, weszli specjaliści, który mają na koncie po kilka projektów dotyczących realizacji systemów satelitarnych – zarówno ziemskich, jak i księżycowych. Jest to prof. dr hab. Krzysztof Sośnica, dr inż. Radosław Zajdel, dr inż. Tomasz Kur oraz dr inż. Grzegorz Bury. Ten sam zespół będzie prowadził zajęcia na nowym, unikatowym w skali europejskiej, kierunku studiów – inżynieria danych satelitarnych i kosmicznych. Na tym kierunku studiów będzie można nauczyć się projektowania misji satelitarnych na rzecz ESA i NASA, przetwarzania danych satelitarnych z misji teledetekcyjnych, nawigacyjnych, grawimetrycznych i altimetrycznych oraz zasad prowadzenia projektów z branży satelitarnej i kosmicznej. Nabór na studia trwa jeszcze do 15 września, a zajęcia rozpoczną się 1 października 2025 r.

Projekt MAPS potrwa do 2027 r., a 25% budżetu w projekcie przypadło Polsce. Z pewnością nowy system satelitarny pozwoli na pobicie kolejnych rekordów w zakresie pozycjonowania na Marsie i lepszego poznania Czerwonej Planety oraz przyczyni się do odkryć naukowych, o których dzisiaj nie mamy pojęcia. System utoruje również drogę do lotów załogowych oraz kolonizacji Marsa.