Orientada a mejorar la navegación de las naves espaciales, la demostración de tecnología funcionó mucho más tiempo de lo planeado y rompió el récord de estabilidad de los relojes atómicos en el espacio.
Durante más de dos años, el Reloj Atómico del Espacio Profundo de la NASA ha estado ampliando las fronteras del cronometraje en el espacio. El 18 de septiembre de 2021, su misión llegó a un final exitoso.
El instrumento está alojado en la nave espacial Orbital Test Bed de General Atomics que se lanzó a bordo de la misión del Programa de Prueba Espacial 2 del Departamento de Defensa el 25 de junio de 2019. Su objetivo: probar la viabilidad de usar un reloj atómico a bordo para mejorar la navegación de la nave espacial en el espacio profundo. .
Actualmente, las naves espaciales se basan en relojes atómicos terrestres. Para medir la trayectoria de una nave espacial a medida que viaja más allá de la Luna, los navegantes usan estos cronometradores para rastrear con precisión cuándo se envían y reciben esas señales. Debido a que los navegantes saben que las señales de radio viajan a la velocidad de la luz (aproximadamente 186.000 millas por segundo, o 300.000 kilómetros por segundo), pueden usar estas medidas de tiempo para calcular la distancia, velocidad y dirección de viaje exactas de la nave espacial.
Pero cuanto más lejos está una nave espacial de la Tierra, más tiempo se tarda en enviar y recibir señales, desde varios minutos hasta varias horas, lo que retrasa significativamente estos cálculos. Con un reloj atómico a bordo emparejado con un sistema de navegación, la nave espacial podría calcular inmediatamente dónde está y hacia dónde se dirige.
Construido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, el Reloj Atómico del Espacio Profundo es un reloj atómico ultrapreciso de iones de mercurio encerrado en una pequeña caja que mide aproximadamente 10 pulgadas (25 centímetros) en cada lado, aproximadamente del tamaño de una tostadora. . Diseñado para sobrevivir a los rigores del lanzamiento y al entorno frío y de alta radiación del espacio sin que se degrade el rendimiento de su cronometraje, el Reloj Atómico del Espacio Profundo fue una demostración de tecnología destinada a llevar a cabo avances tecnológicos y llenar vacíos de conocimiento críticos.
Después de que el instrumento completó su misión principal de un año en la órbita de la Tierra, la NASA extendió la misión para recopilar más datos debido a su excepcional estabilidad de cronometraje. Pero antes de que se apagara la demostración técnica el 18 de septiembre, la misión trabajó horas extras para extraer la mayor cantidad de datos posible en sus últimos días.
“La misión Deep Space Atomic Clock fue un éxito rotundo, y la joya de la historia aquí es que la demostración de tecnología operó mucho más allá del período operativo previsto”, dijo Todd Ely, investigador principal y gerente de proyectos de JPL.
Los datos del instrumento pionero ayudarán a desarrollar Deep Space Atomic Clock-2, una demostración tecnológica que viajará a Venus a bordo de la nave espacial Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topografía y Espectroscopía (VERITAS) de la NASA cuando se lance en 2028. la primera prueba para un reloj atómico en el espacio profundo y un avance monumental para una mayor autonomía de las naves espaciales.
La estabilidad lo es todo
Si bien los relojes atómicos son los cronómetros más estables del planeta, aún tienen inestabilidades que pueden causar un retraso minúsculo, o “compensación”, en el tiempo de los relojes en comparación con el tiempo real. Si no se corrigen, estas compensaciones se sumarán y podrían dar lugar a grandes errores de posicionamiento. Las fracciones de segundo podrían significar la diferencia entre llegar a Marte de manera segura o perder el planeta por completo.
Las actualizaciones se pueden transmitir desde la Tierra a la nave espacial para corregir estas compensaciones. Los satélites del Sistema de posicionamiento global (GPS), por ejemplo, llevan relojes atómicos para ayudarnos a ir del punto A al B. Para asegurarse de que mantienen la hora con precisión, las actualizaciones deben transmitirse con frecuencia desde la Tierra. Pero tener que enviar actualizaciones frecuentes desde nuestro planeta a un reloj atómico en el espacio profundo no sería práctico y frustraría el propósito de equipar una nave espacial con uno.
Esta es la razón por la que un reloj atómico en una nave espacial que explora el espacio profundo debería ser lo más estable posible desde el principio, lo que le permitiría ser menos dependiente de la Tierra para actualizarse.
“El Reloj Atómico del Espacio Profundo logró este objetivo”, dijo Eric Burt, del JPL, físico del reloj atómico de la misión. “Hemos logrado un nuevo récord de estabilidad del reloj atómico a largo plazo en el espacio, más de un orden de magnitud mejor que los relojes atómicos GPS. Esto significa que ahora tenemos la estabilidad para permitir una mayor autonomía en misiones en el espacio profundo y potencialmente hacer que los satélites GPS dependan menos de las actualizaciones dos veces al día si llevaran nuestro instrumento “.
En un estudio reciente, el equipo del Reloj Atómico del Espacio Profundo informó una desviación de menos de cuatro nanosegundos después de más de 20 días de funcionamiento.
Al igual que su predecesor, el Deep Space Atomic Clock-2 será una demostración técnica, lo que significa que VERITAS no dependerá de él para cumplir sus objetivos. Pero esta próxima iteración será más pequeña, usará menos energía y estará diseñada para soportar una misión de varios años como VERITAS.
“Es un logro notable del equipo: la demostración de tecnología ha demostrado ser un sistema robusto en órbita, y ahora esperamos ver una versión mejorada que irá a Venus”, dijo Trudy Kortes, directora de demostraciones de tecnología para Science de la NASA. y la Dirección de Misión de Tecnología (STMD) en la Sede de la NASA en Washington. “Esto es lo que hace la NASA: desarrollamos nuevas tecnologías y mejoramos las existentes para promover los vuelos espaciales humanos y robóticos. El reloj atómico del espacio profundo realmente tiene el potencial de transformar la forma en que exploramos el espacio profundo “.
Jason Mitchell, director de la División de Tecnología de Navegación y Comunicaciones Avanzadas de la Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) de la NASA en la sede de la agencia, estuvo de acuerdo: “El desempeño del instrumento fue verdaderamente excepcional y un testimonio de la capacidad del equipo. En el futuro, el Reloj Atómico del Espacio Profundo no solo permitirá nuevas capacidades operativas significativas para las misiones de exploración humana y robótica de la NASA, sino que también permitirá una exploración más profunda de la física fundamental de la relatividad, al igual que lo han hecho los relojes que soportan el GPS “.
Más sobre la misión
El Reloj Atómico del Espacio Profundo está alojado en una nave espacial proporcionada por General Atomics Electromagnetic Systems de Englewood, Colorado. Está patrocinado por el programa de Misiones de Demostración de Tecnología de STMD ubicado en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, y SCaN dentro de la Dirección de Misiones de Operaciones y Exploración Humana de la NASA. JPL gestiona el proyecto.
Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech