Los navegadores de la NASA están ayudando a construir un futuro donde las naves espaciales podrían volar de forma segura y autónoma a destinos como la Luna y Marte.
Los navegadores de hoy le dicen a una nave espacial a dónde ir calculando su posición desde la Tierra y enviando los datos de ubicación al espacio en un sistema de relé de dos vías que puede tomar desde minutos hasta horas para entregar direcciones. Este método de navegación significa que no importa a qué distancia se desplace una misión a través del sistema solar, nuestras naves espaciales todavía están atadas al suelo, esperando órdenes de nuestro planeta.
Esa limitación plantea problemas obvios para una futura misión tripulada a otro planeta. ¿Cómo pueden los astronautas navegar lejos de la Tierra si no tienen control inmediato sobre hacia dónde se dirigen? ¿Y cómo pueden aterrizar con precisión en otro planeta cuando hay un retraso en la comunicación que afecta la rapidez con la que pueden ajustar su trayectoria hacia la atmósfera?
El reloj atómico de espacio profundo de la NASA es un dispositivo de tamaño tostador que tiene como objetivo responder esas preguntas, dice un texto publicado por la Nasa . Es el primer instrumento parecido a un GPS, lo suficientemente pequeño y estable como para volar en una nave espacial. La demostración de tecnología permite a la nave espacial saber dónde está sin tener que depender de esos datos de la Tierra. A fines de junio, el reloj se lanzará en el cohete SpaceX Falcon Heavy a la órbita de la Tierra durante un año, donde comprobará si puede ayudar a las naves espaciales a ubicarse en el espacio.
Si el año de prueba del Deep Space Atomic Clock en el espacio va bien, podría allanar el camino para un futuro de navegación en un solo sentido en el que los astronautas son guiados por un sistema similar a un GPS a través de la superficie de la Luna o pueden volar con seguridad sus propias misiones a Marte y más allá.
«Todas las naves espaciales que exploran el espacio profundo son dirigidas por navegantes aquí en la Tierra. El Reloj Atómico del Espacio Profundo cambiará eso al habilitar la navegación autónoma a bordo, o a las naves automáticas», dijo Jill Seubert, investigadora principal adjunta.
No hay GPS en el espacio profundo
Los relojes atómicos en el espacio no son nuevos. Cada dispositivo GPS y teléfono inteligente determina su ubicación a través de relojes atómicos en satélites que orbitan la Tierra. Los satélites envían señales desde el espacio y el receptor triangula su posición al medir cuánto tiempo tardan las señales en llegar a su GPS.
Actualmente, las naves que vuelan más allá de la órbita de la Tierra no tienen un GPS para encontrar su camino a través del espacio. Los relojes atómicos en los satélites GPS no son lo suficientemente precisos para enviar direcciones a las naves espaciales, cuando estar apagado por menos de un segundo podría significar perder un planeta por millas.
En cambio, los navegadores usan antenas gigantes en la Tierra para enviar una señal a la nave, que la devuelve a la Tierra. Los relojes extremadamente precisos en el suelo miden cuánto tarda la señal en hacer este viaje de dos vías. La cantidad de tiempo les dice qué tan lejos está la nave espacial y qué tan rápido va. Solo entonces los navegadores pueden enviar direcciones a la nave, diciéndole a dónde ir.
«Es el mismo concepto exacto que un eco», dijo Seubert. «Si estoy parado frente a una montaña y grito, cuanto más tarde el eco en volver a mí, más lejos está la montaña».
La navegación bidireccional significa que no importa qué tan lejos en el espacio vaya una misión, aún tiene que esperar a que una señal que lleva comandos cruce las enormes distancias entre los planetas. Es un proceso hecho famoso por los aterrizajes de Marte como Curiosity, cuando el mundo esperó 14 largos minutos con el control de la misión para que el rover enviara el mensaje de que aterrizó de manera segura. Ese retraso es un tiempo de espera promedio: dependiendo de dónde se encuentren en órbita las órbitas de la Tierra y Marte, puede tomar de 4 a 20 minutos para que una señal unidireccional viaje entre planetas.
Es una forma lenta y laboriosa de navegar en el espacio profundo, que enlaza las antenas gigantes de la Red Espacial Profunda de la NASA como una línea telefónica ocupada. Durante este intercambio, una nave espacial que vuele a decenas de miles de millas por hora podría estar en un lugar completamente diferente para cuando «sepa» dónde está.
Una mejor manera de navegar
Un reloj atómico lo suficientemente pequeño como para volar en una misión pero lo suficientemente preciso para dar direcciones precisas podría eliminar la necesidad de este sistema de dos vías. Los futuros navegantes enviarían una señal desde la Tierra a una nave espacial. Al igual que sus primos terrenales, el Reloj Atómico del Espacio Profundo a bordo mediría la cantidad de tiempo que tomó esa señal para alcanzarlo. La nave espacial podría entonces calcular su propia posición y trayectoria, esencialmente dándose direcciones.
«Tener un reloj a bordo permitiría la navegación por radio a bordo y, cuando se combina con la navegación óptica, ofrece una forma más precisa y segura para que los astronautas puedan navegar por sí mismos», dijo el Investigador Principal Todd Ely del Reloj Atómico de Espacio Profundo.
Esta navegación unidireccional tiene aplicaciones para Marte y más allá. Las antenas DSN podrían comunicarse con múltiples misiones a la vez transmitiendo una señal al espacio. La nueva tecnología podría mejorar la precisión del GPS en la Tierra. Y varias naves espaciales con Deep Space Atomic Clocks podrían orbitar a Marte, creando una red similar a la de un GPS que daría instrucciones a los robots y humanos en la superficie.
«El Reloj atómico del espacio profundo tendrá la capacidad de ayudar en la navegación, no solo localmente, sino también en otros planetas. Una forma de verlo es como si tuviéramos GPS en otros planetas», dijo Eric Burt, el desarrollo del reloj de iones. dirigir.
Burt y los físicos del reloj de JPL Robert Tjoelker y John Prestage crearon un reloj de iones de mercurio, que mantiene su estabilidad en el espacio de la misma manera que los relojes atómicos del tamaño de un refrigerador en la Tierra. En pruebas de laboratorio, el reloj atómico de espacio profundo demostró ser 50 veces más preciso que los relojes GPS. Eso es un error de 1 segundo cada 10 millones de años.
La demostración del reloj en el espacio determinará si puede permanecer estable en órbita. Si lo hace, un reloj atómico del espacio profundo podría volar en una misión tan pronto como en la década de 2030. El primer paso hacia una nave espacial autónoma que podría algún día llevar a los humanos a otros mundos.
El Deep Space Atomic Clock está alojado en una nave espacial provista por General Atomics Electromagnetic Systems de Englewood, Colorado. Es patrocinado por el programa de Misiones de Demostración de Tecnología dentro de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA y el Programa de Navegación y Comunicaciones Espaciales dentro de la Dirección de Misiones de Operaciones y Exploración Humana de la NASA. Jet Propultion Laboratory gestiona el proyecto.
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