La NASA ha encendido un nuevo reloj atómico espacial súper preciso que la agencia espera que algún día ayude a las naves espaciales a conducir por el espacio profundo sin depender de los relojes terrestres.
Se llama Reloj Atómico del Espacio Profundo (DSAC), y funciona midiendo los comportamientos de los iones de mercurio atrapados en su pequeño marco. Ha estado en órbita desde junio, pero se activó con éxito el 23 de agosto. No es nada llamativo: solo una caja gris del tamaño de una tostadora de cuatro rebanadas y llena de cables, Jill Seubert, un ingeniero aeroespacial y uno de los líderes del proyecto en la NASA, le dijeron a Live Science. Pero ese tamaño sin pretensiones es el punto: Suebert y sus colegas están trabajando para diseñar un reloj lo suficientemente pequeño como para cargarlo en cualquier nave espacial y lo suficientemente preciso como para guiar maniobras complicadas en el espacio profundo sin ninguna entrada de sus primos del tamaño de un refrigerador en la Tierra.
Necesita un reloj preciso para orientarse por el espacio porque es grande y está vacío. Hay pocos puntos de referencia para juzgar su posición o velocidad, y la mayoría están demasiado lejos para ofrecer información precisa. Entonces, cada decisión de girar una nave o disparar sus propulsores, dijo Seubert, comienza con tres preguntas: ¿Dónde estoy? ¿Qué tan rápido me estoy moviendo? ¿Y en qué dirección?
La mejor manera de responder esas preguntas es mirar los objetos cuyas respuestas ya se conocen, como transmisores de radio en la Tierra o satélites GPS que siguen pistas orbitales conocidas a través del espacio. Envíe una señal a la velocidad de la luz con el tiempo preciso en el punto A y mida cuánto tarda en llegar al punto B. Eso le indica la distancia entre A y B. Envíe dos señales más desde dos ubicaciones más, y tendrá suficiente información para determinar exactamente dónde está el punto B en el espacio tridimensional. (Así es como funciona el software GPS en su teléfono: verificando constantemente las pequeñas diferencias en las firmas de tiempo emitidas por diferentes satélites en órbita).
Para navegar por el espacio, la NASA actualmente confía en un sistema similar pero menos preciso, dijo Seubert. La mayoría de los relojes atómicos y equipos de transmisión están en la Tierra, y forman colectivamente lo que se conoce como la Red del Espacio Profundo. Por lo tanto, la NASA generalmente no puede calcular la posición y la velocidad de una nave espacial a partir de tres fuentes de una sola vez. En cambio, la agencia utiliza una serie de mediciones a medida que la Tierra y la nave espacial se mueven a través del espacio a lo largo del tiempo para determinar la dirección y posición de la nave espacial.
Para que una nave espacial sepa dónde está, necesita recibir una señal de la Red del Espacio Profundo, calcular el tiempo que tardó en llegar la señal y usar la velocidad de la luz para determinar una distancia ". Para hacer esto con mucha precisión, usted necesitamos poder medir esos tiempos, los tiempos de envío y recepción de la señal, con la mayor precisión posible. Y en el terreno, cuando estamos enviando estas señales desde nuestra Red del Espacio Profundo, tenemos relojes atómicos que son muy precisos y preciso ", dijo Seubert. "Hasta ahora, los relojes que hemos tenido que son lo suficientemente pequeños y de baja potencia como para volar en una nave espacial, se llaman osciladores ultraestables, lo cual es un nombre inapropiado. No son ultraestables. Graban esa señal- recibió tiempo, pero es de muy baja precisión ".
Debido a que los datos de ubicación a bordo de la nave espacial son muy poco confiables, descubrir cómo navegar, cuándo encender un propulsor o cambiar el rumbo, por ejemplo, es mucho más complicado y debe hacerse en la Tierra. En otras palabras, las personas en la Tierra conducen la nave espacial desde cientos de miles o millones de millas de distancia.
"Pero si pudieras registrar esa hora de recepción de señal a bordo con mucha precisión con un reloj atómico, ahora tienes la oportunidad de recopilar todos esos datos de seguimiento a bordo y diseñar tu computadora y tu radio de manera que la nave espacial pueda conducir sola". ella dijo.
La NASA y otras agencias espaciales han puesto antes relojes atómicos en el espacio. Toda nuestra flota de satélites GPS lleva relojes atómicos. Pero, en su mayor parte, son demasiado imprecisos y difíciles de manejar para el trabajo a largo plazo, dijo Seubert. El ambiente en el espacio es mucho más duro que un laboratorio de investigación en la Tierra. Las temperaturas cambian a medida que los relojes entran y salen de la luz solar. Los niveles de radiación suben y bajan.
"Es un problema bien conocido de los vuelos espaciales, y generalmente enviamos piezas endurecidas por radiación que hemos demostrado que pueden operar en diferentes entornos de radiación con rendimientos similares", dijo.
Pero la radiación todavía cambia la forma en que funcionan los componentes electrónicos. Y esos cambios afectan el sensible equipo que usan los relojes atómicos para medir el tiempo que pasa, amenazando con introducir imprecisiones. Varias veces al día, señaló Seubert, la Fuerza Aérea carga correcciones en los relojes de los satélites GPS para evitar que se desvíen de la sincronización con los relojes en el suelo.
El objetivo del DSAC, dijo, es establecer un sistema que no solo sea portátil y lo suficientemente simple como para instalarse en cualquier nave espacial, sino también lo suficientemente resistente como para operar en el espacio a largo plazo sin requerir ajustes constantes de los equipos con base en la Tierra.
Además de permitir una navegación más precisa en el espacio profundo utilizando señales terrestres, tal reloj podría algún día permitir que los astronautas en puestos avanzados distantes se muevan tal como lo hacemos con nuestros dispositivos de mapeo en la Tierra, dijo Seubert. Una pequeña flota de satélites equipados con dispositivos DSAC podría orbitar la luna o Marte, funcionando en lugar de los sistemas GPS terrestres, y esta red no requeriría correcciones varias veces al día.
En el futuro, dijo, los DSAC o dispositivos similares podrían desempeñar un papel en los sistemas de navegación de púlsar, que rastrearían el tiempo de cosas como el pulso de la luz de otros sistemas estelares para permitir que la nave espacial navegue sin ninguna entrada de la Tierra.
Sin embargo, para el próximo año, el objetivo es lograr que este primer DSAC funcione correctamente mientras orbita cerca de la Tierra.
"Lo que debemos hacer es esencialmente aprender a ajustar el reloj para que funcione correctamente en ese entorno", dijo Seubert.
Las lecciones que aprende el equipo de DSAC mientras ajusta el dispositivo este año deberían prepararlos para usar dispositivos similares en misiones de mayor alcance en el futuro, agregó.
