Gibt es eine Möglichkeit (in Arbeit oder in der Entwicklung), Satelliten in der Mondumlaufbahn so zu verfolgen, wie wir Objekte in der Erdumlaufbahn verfolgen?

Aus Warum wurde die 100-m-Green-Bank-Schüssel zusammen mit der 70-m-Goldstone-Schüssel von DSN benötigt, um Chandrayaan-1 in der Mondumlaufbahn zu erkennen?

oben: „Dieses computergenerierte Bild zeigt die Position der Chandrayaan-1 zu der Zeit, als sie am 2. Juli 2016 vom Goldstone Solar System-Radar entdeckt wurde. Der 120 Meilen (200 Kilometer) breite violette Kreis repräsentiert die Breite des Goldstone-Radars Strahl in Mondentfernung. Das weiße Kästchen in der oberen rechten Ecke der Animation stellt die Stärke des Echos dar. Innerhalb des Radarstrahls (violetter Kreis) wechselte das Echo des Raumfahrzeugs zwischen sehr stark und sehr schwach ab, wie der Radarstrahl verstreut von den flachen Metalloberflächen." Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech. Von hier

...Ist das Problem der Verfolgung von Mondsatelliten immer noch ungelöst?...

tl;dr: Am 2. Juli 2016 wurde die Position der damals toten Raumsonde Chandrayaan-1, die den Mond umkreist, bestimmt, indem Radarimpulse von der Goldstone-Radarschüssel gesendet und Reflexionen mit dem Observatorium Green Bank empfangen wurden.

Diese Demonstration zeigt, dass es möglich und nicht trivial ist , kleine Raumfahrzeuge in der Entfernung des Mondes mit Radar zu erfassen und zu verfolgen.

Inzwischen gibt es sowohl in China als auch im Westen Vorschläge zum Aufbau dedizierter Deep-Space-Radarnetze.

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Das Tracking ist viel, viel einfacher und genauer, wenn das Raumfahrzeug "nicht ganz tot" ist und zumindest einen funktionierenden kohärenten Transponder hat.

Wenn das Raumschiff tot ist

Tracking wird normalerweise von der Erde aus durchgeführt. Wenn das Raumfahrzeug tot ist oder nur passive Radarreflektoren hat, wird eine aktive Radar- oder Lidar-Verfolgung benötigt.

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Beachten Sie, dass für die optische Verfolgung ein "passiver Reflektor" ein Corner-Cube-Retroreflektor oder ein Array davon wäre. Es gibt mehrere alte auf dem Mond, um den Mond selbst zu verfolgen, der von sowjetischen und US-amerikanischen Missionen hinterlassen wurde, und Beresheet hatte auch einen, obwohl er wahrscheinlich nicht in Betrieb ist.

Es ist möglich, dass zukünftige Mondsatelliten ebenfalls Retroreflektoren tragen werden. Ein in LEO eingesetztes Sonnensegel hatte eines, ebenso wie einige große Kommunikationssatelliten

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Wenn der kohärente Transponder des Raumfahrzeugs noch funktioniert

Wenn das Raumfahrzeug noch zumindest teilweise am Leben ist und sein kohärenter Transponder noch betriebsbereit ist, kann es Signale von einer Verfolgungsstation (Funk oder optisch) empfangen und sie umkehren und sie an dieselbe oder eine andere Verfolgungsstation zurücksenden.

Dann kann die Erde die Gesamtlichtzeit des Signals und seine Dopplerverschiebung messen, um Entfernung und Radialgeschwindigkeit zu messen. Wenn Sie mehrere Messungen wie diese für etwas machen, das den Mond umkreist, können Sie schnell mit großer Genauigkeit auf seine Position und Umlaufbahn konvergieren. (Die Position des Mondes selbst relativ zur Erde ist auf Zentimeter genau bekannt!)

Wenn getrennte Sende- und Empfangsstationen oder besser noch zwei gleichzeitige Empfangsstationen verwendet werden, können Sie auch VLBI (Very Long Baseline Interferometry) zusammen mit den Range-Rate-Daten verwenden, um den Standort zu lokalisieren.

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Die VLBI-Verfolgung im cis-Mond-Raum wurde mit Mond-Rovern und den ALSEP-Telemetrie-Funksendern getestet und verfeinert, die von Apollo-Lander-Missionen auf dem Mond zurückgelassen wurden.

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VLBI wird verwendet, um die Position des JWST in seiner Halo-Umlaufbahn 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt auf Zentimeter genau zu messen. Dies ist absolut notwendig, um sein Delta-V-Budget für die Stationshaltung auf seiner Umlaufbahn auf nur wenige Meter pro Sekunde und Jahr zu bringen. Ein Teil des Tricks besteht auch darin, den Sonnenschild als Sonnensegel zu verwenden (der Photonendruck der Sonne hilft dabei, ihn nur auf einer Seite seiner stabilsten Halo-Umlaufbahn an Ort und Stelle zu halten), aber es gibt nicht viel Flexibilität, da er nicht gesteuert werden kann völlig unabhängig vom Teleskop. (Es ist eine Rotationsachse möglich; für einige Beobachtungen ist es dem Teleskop egal, wie es um seine optische Achse gedreht wird).

Aber was ist mit GPS?

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...oder Technologien der nahen Zukunft?

Beacons oder sogar kohärente Transponder könnten statt mit Funkwellen auch mit Lichtimpulsen arbeiten. Bei der optischen Telekommunikation mit 10 bis 100 Gbit/s sind die Lichtimpulse nur etwa einen Zentimeter lang. Der Lichtstrahl selbst muss nicht unbedingt kohärent sein, nur die Impulsfolge.

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...oder gar nicht so nahe Zukunftstechnologien?

Beacons oder sogar kohärente Transponder könnten statt mit Lichtimpulsen oder Funkwellen auch mit Röntgenimpulsen arbeiten.

Diese Pulse könnten von künstlichen Röntgenstrahlen stammen, oder es könnten Pulsare sein!

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Die Rolle von Weltraum-Atomuhren

Damit einzelne Beacons besonders hilfreich sind, muss das Raumfahrzeug auf Nanosekunden genau wissen, wie spät es ist. Zum Glück gibt es dafür eine Lösung.

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Radar kann mit einem Transponder im Satelliten verwendet werden. Ein spezielles Entfernungsmesssignal wird von der Erde zum Mondsatelliten gesendet und vom Transponder des Satelliten zurückgeworfen. Die Roundtrip-Verzögerungszeit kann mit Meterauflösung und -präzision gemessen werden.

Diese Methode wurde für die Apollo-Mission verwendet. Siehe Wie erhalte ich zum ersten Mal eine anfängliche Einstellung des Entfernungstors für ein Lunar Laser Ranging mit einem neuen Retro-Reflektor?

Die benötigte Leistung für herkömmliches Radar steigt proportional zur vierten Potenz der Entfernung. Wenn ein Transponder für Radar verwendet wird, steigt die Leistung nur proportional zum Quadrat der Entfernung.