O układach odniesienia na Księżycu na forum ONZ

Z racji rosnącej liczby misji związanych z eksploracją Księżyca Organizacja Narodów Zjednoczonych (ONZ) postanowiła opracować międzynarodowe ramy wspólnego działania oraz zapewnić interoperacyjność systemów, które będą realizowane na orbicie księżycowej oraz na powierzchni srebrnego globu.

Stosowanie tych samych układów i systemów stanowi kluczowy element w nawigacji i pozycjonowaniu na Księżycu, gdyż bez tego systemy nie będą współgrać ze sobą. Europejska Agencja Kosmiczna zamierza wynieść satelity nawigacyjne w ramach programu Moonlight w okresie 2028–2030. Japońska Agencja Kosmiczna planuje dodatkowego satelitę, który będzie wspierał system europejski, natomiast NASA – system nawigacji i pozycjonowania na Księżycu na innych orbitach niż te z ESA.

Wszystkie te działania wymagają wspólnych standardów i układów odniesienia. Obecnie układy odniesienia na Księżycu najdokładniej realizowane są przez laserowe retrorefletory umieszczone przez misje Apollo i Łuna. Retroreflektory stanowią punkty odniesienia, do których stacje naziemne wykonują pomiary odległości. Wewnętrzna spójność układów odniesienia jest na poziomie ok. 3 cm, patrząc na rezydua pomiarów laserowych. Ale rozbieżność pomiędzy układami zrealizowanymi np. przez JPL/NASA oraz INPOP (Francja) przekracza 1 metr ze względu na inne założenie odnośnie do budowy wewnętrznej Księżyca (m.in. inna wartość spłaszczenia jądra oraz procesów zachodzących na granicy jądra i płaszcza Księżyca).
Ponadto istnieją dwa podejścia do definicji południka zero na Księżycu. Południk można odnieść do kierunku „średniej Ziemi” albo związać go z główną osią momentu bezwładności całego ciała niebieskiego. Różnice pomiędzy tymi podejściami powodują niespójności w układach odniesienia na poziomie 100 km.

Krzysztof Sośnica zaprezentował wypracowane stanowisko IAG, w którym proponuje się wykorzystanie układów powiązanych z główną osią bezwładności do celów pozycjonowania i nawigacji ze względu na prostą transformację oraz gwarantowane wyższe dokładności. Układ związany z kierunkiem średnim Ziemi jest proponowany do odwzorowań kartograficznych oraz ze względów historycznych, gdyż był wykorzystywany w wielu wcześniejszych misjach mapowania powierzchni Księżyca i pola grawitacyjnego (m.in. przez misję GRAIL). Jednakże transformacja do układu Ziemi średniej wymaga procesu uśredniania libracji Księżyca (czyli ruchu wahadłowego satelity), co wpływa na pogorszenie dokładności poprzez uzależnienie od okresu uśredniania.

W zakresie systemu czasu na Księżycu zaproponowano odniesienie czasu do środka masy Księżyca z uwzględnieniem potencjału grawitacyjnego, ruchu orbitalnego oraz poprawek pływowych. W ten sposób koordynowany czas na Księżycu będzie się różnił od czasu na Ziemi o offset, dryft oraz składowe harmoniczne wynikające z ruchu orbitalnego, co jest konsekwencją ogólnej teorii względności. Natomiast czas na powierzchni Księżyca będzie się różnił od czasu koordynowanego Księżyca o dryft wynikający z innej wartości potencjału grawitacyjnego w środku Księżyca i na powierzchni oraz o niewielkie poprawki wynikające z położenia obserwatora (wysokość nad powierzchnią selenoidy) oraz ze względu na deformacje pływowe spowodowane przyciąganiem grawitacyjnym Ziemi (prawie stałe, gdy pominiemy librację) i Słońca (zmienne w czasie).