Linea tematica: captazione segnali dei satelliti di radio-navigazione GPS e Galileo oltre le loro orbite, durante il viaggio Terra-Luna, poi in orbita lunare e infine dalla superficie lunare stessa.

Responsabilità missione: NASA/ASI

Data lancio: 15 gennaio 2024

Fine missione: 17 marzo 2025

Descrizione

LuGRE (Lunar GNSS Receiver Experiment) è una missione congiunta Agenzia Spaziale Italiana/NASA, parte delle iniziative a supporto del programma lunare americano ARTEMIS. Il ricevitore italiano è stato ideato per sperimentare la navigazione satellitare per i viaggi verso la Luna. LuGRE è partito su un lander privato chiamato Blue Ghost 1, realizzato negli USA dalla società Firefly Aerospace, ed è l’unico strumento non americano dei dieci installati sul lander lanciato il 15 gennaio 2025 in direzione Luna. Lo scopo della missione, pienamente raggiunto, è stato quello di catturare e utilizzare i deboli segnali dei satelliti di radio-navigazione GPS e Galileo oltre le loro orbite, durante il viaggio Terra-Luna, poi in orbita lunare e infine dalla superficie lunare stessa. Questo esperimento è fondamentale per caratterizzare e valutare l’utilizzo da parte dei futuri esploratori lunari durante i loro spostamenti sia sulla superficie che intorno alla Luna. L’allunaggio del lander Blue Ghost è avvenuto il 2 marzo 2025.

LuGRE è uno strumento tutto Made in Italy, realizzato per ASI dalla Qascom, azienda di Bassano del Grappa, che ha sviluppato un Software Defined Radio Receiver innovativo che permette di misurare con precisione la posizione nello spazio, anche in ambienti molto lontani dalla Terra. La parte scientifica è stata curata dal Politecnico di Torino che ha supportato ASI con un centro specifico per l’elaborazione dei dati scientifici. Il Software Defined Radio Receiver, progettato per lavorare nello spazio profondo, è molto sensibile ai segnali GPS e Galileo, grazie a un algoritmo specifico che ha captato e poi elaborato i segnali debolissimi durante il viaggio per la Luna e poi dalla superficie lunare. I segnali sono 10.000 volte più deboli di quelli ricevuti sulla Terra e con l’ulteriore aggravante di geometrie proibitive. Il sistema si avvale di un’antenna orientabile planare che punta la Terra, con la precisione di 1 grado, per focalizzarsi sul ridotto cono angolare, di circa 10 gradi, che racchiude tutti i satelliti di navigazione orbitanti intorno al nostro pianeta.

LuGRE è considerato un esperimento sfidante e di frontiera a livello mondiale. Fino a oggi solo una sonda NASA ha usato i segnali GPS, ma a una distanza pari alla metà del percorso tra Terra e Luna. LuGRE ha superato questo risultato, guadagnandosi il primato di primo strumento attivo italiano sulla superficie lunare. Dopo circa 46 giorni di viaggio, l’allunaggio è avvenuto sul Mare delle Crisi da dove, per 14 giorni, ha continuato a operare producendo tanti dati utili.

Usare i segnali GNSS nello spazio lontani dalla Terra è una capacità di frontiera. Già nell’uso “terrestre” la navigazione satellitare è una attività sofisticata e complessa. I segnali GNSS si ricevono a Terra dagli smartphone con una potenza bassissima, circa 1 milionesimo di quelli di telefonia mobile, percorrono migliaia di km, attraversando i diversi strati dell’atmosfera, per essere poi elaborati per fornire indicazioni di posizione, velocità e tempo.

La capacità dei sistemi di radio-navigazione, quali quelli di LuGRE, di fornire informazioni accurate su posizione, velocità e tempo lunare sono fondamentali per supportare le missioni di esplorazione sia robotiche che umane.

In questo quadro, l'esplorazione del polo sud lunare rappresenta una sfida complessa. Le condizioni estreme del polo sud, caratterizzate da illuminazione limitata e superfici impervie, richiedono tecnologie di navigazione avanzate, con una sincronizzazione temporale precisa, per garantire la sicurezza delle operazioni, in particolare per i docking automatici.

Obiettivi

Obiettivo della missione, pienamente raggiunto, è stato quello di catturare i segnali dei satelliti di radio-navigazione GPS e Galileo oltre le loro orbite terrestri, durante il viaggio Terra-Luna, poi in orbita lunare e infine dalla superficie lunare stessa. Questo sviluppo è fondamentale per preparare l’esplorazione lunare con servizi e tecnologie dedicate. In futuro avremo satelliti di telecomunicazione e navigazione in orbita lunare e sarà più semplice navigare sicuri. In attesa di questo serve caratterizzare l’ambiente lunare per questo uso di frequenze e servizi, l’orbita lunare e la sua superficie è stata studiata molto, ma non per questi specifici aspetti. LuGRE, quindi ci offre tanti dati che saranno utilissimi per chi svilupperà questi servizi lunari. I dati sono stati resi pubblici come previsto dopo sei mesi dalla fine della missione, rappresentano una base per aiutare l’intera comunità internazionale impegnata agli sviluppi per l’esplorazione lunare a usare dati reali di riferimento unici sulle frequenze GNSS in contesti cis-lunari e di superficie. L’interazione di questi segnali con l’ambiente lunare, senza atmosfera ma con potenziali effetti dovuti alle radiazioni solari, all’interazione con la regolite lunare al suolo e in quota, sono tutti da studiare per realizzare i sistemi lunari di navigazione futuri.

I risultati di LuGRE

Ad ottobre 2025 sono arrivati i primi dati da LuGRE. Oltre al calcolo in tempo reale della propria posizione (PVT: Position,Velocity and Time) il payload LuGRE ha anche raccolto e inviato a Terra i segnali radio GPS e Galileo in forma “grezza”, chiamati campioni in fase e in quadratura (I/Q). Tutti questi dati, ora disponibili pubblicamente, coinvolgeranno ricercatori di tutto il mondo, contribuendo ad ampliare il numero di possibili soluzioni e direzioni di ricerca. Un patrimonio prezioso per caratterizzare i segnali GNSS in questo nuovo contesto, per progettare i ricevitori del futuro e migliorare la precisione delle comunicazioni nello spazio profondo.

I dati sono disponibili sul portale Zenodo.

Record

LuGRE è il primo ricevitore GNSS a operare oltre l’orbita bassa, progettato per funzionare in orbita lunare e sulla superficie della Luna e il primo strumento attivo italiano sul nostro satellite. Ha acquisito per la prima volta i segnali GPS oltre i 200.000 chilometri dalla Terra e Galileo oltre l’orbita terrestre.

Il team di missione

LuGRE è uno strumento tutto Made in Italy realizzato per ASI dalla Qascom, azienda di Bassano del Grappa, che ha sviluppato il Software Defined Radio Receiver innovativo che permette di misurare con precisione la posizione, la velocità e il tempo nello spazio, anche in ambienti molto lontani dalla Terra. La parte scientifica è stata curata dal Politecnico di Torino che ha supportato ASI con un centro specifico per l’elaborazione dei dati scientifici. FireFly Aerospace è l’azienda privata USA responsabile per lo sviluppo del Lander Blue Ghost 1 che ha imbarcato il payload LuGRE italiano insieme ad altri 9 payload USA per diversi esperimenti.

Immagine realizzata dalla camera posizionata sul ponte superiore del lander Blue Ghost, la Luna è visibile in lontananza. Credit: Firefly Aerospace