El Reloj Atómico del Espacio Profundo de la NASA ha estado operando a bordo del satélite Orbital Test Bed de General Atomics desde junio de 2019. Créditos de la imagen: General Atomics Electromagnetic Systems

Diseñada para mejorar la navegación de los exploradores robóticos y la operación de los satélites GPS, la demostración de tecnología supone un hito significativo.

Las naves espaciales que se aventuran más allá de nuestra Luna dependen de la comunicación con las estaciones terrestres de la Tierra para saber dónde están y hacia dónde se dirigen. El Reloj Atómico del Espacio Profundo de la NASA está trabajando para dar a esos exploradores remotos más autonomía al navegar. En un nuevo artículo publicado recientemente en la revista Nature, la misión informa sobre el progreso de su trabajo para mejorar la capacidad de los relojes atómicos espaciales para medir el tiempo de manera constante durante largos períodos.

Esta característica, conocida como estabilidad, también afecta el funcionamiento de los satélites GPS que ayudan a las personas a navegar en la Tierra, por lo que este trabajo también tiene el potencial de aumentar la autonomía de las naves espaciales GPS de próxima generación.

Para calcular la trayectoria de una nave espacial distante, los ingenieros envían señales desde la nave espacial a la Tierra y viceversa. Usan relojes atómicos del tamaño de un refrigerador para registrar la sincronización de esas señales, que es esencial para medir con precisión la posición de la nave espacial. Pero para los robots en Marte o en destinos más distantes, esperar las señales para realizar el viaje puede sumar rápidamente decenas de minutos o incluso horas.

Si esas naves espaciales llevaran relojes atómicos, podrían calcular su propia posición y dirección, pero los relojes tendrían que ser muy estables. Los satélites GPS llevan relojes atómicos para ayudarnos a llegar a nuestros destinos en la Tierra, pero esos relojes requieren ser actualizados varias veces al día para mantener el nivel necesario de estabilidad. Las misiones en el espacio profundo requerirían relojes espaciales más estables.

Administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, el Reloj Atómico del Espacio Profundo ha estado operando a bordo de la nave espacial Orbital Test Bed de General Atomic desde junio de 2019. El nuevo estudio informa que el equipo de la misión ha establecido un nuevo récord de estabilidad del reloj atómico a largo plazo espacio, alcanzando más de 10 veces la estabilidad de los relojes atómicos espaciales actuales, incluidos los de los satélites GPS.

La NASA ha perfeccionado una nueva tecnología de navegación que haría realidad las naves espaciales autónomas y el GPS más allá de la Luna. El Reloj Atómico del Espacio Profundo es el primer reloj atómico lo suficientemente pequeño y estable como para volar en una nave espacial más allá de la órbita de la Tierra. Mientras la NASA trabaja para llevar humanos a Marte y la Luna, el cronometraje preciso del reloj será clave para el éxito de estas misiones. Créditos: NASA / JPL-Caltech

Cuando cada nanosegundo cuenta

Todos los relojes atómicos tienen cierto grado de inestabilidad que conduce a un desfase en la hora del reloj con respecto a la hora real. Si no se corrige, el desplazamiento, aunque minúsculo, aumenta rápidamente, y con la navegación de la nave espacial, incluso un desplazamiento mínimo podría tener efectos drásticos.

Uno de los objetivos clave de la misión Deep Space Atomic Clock era medir la estabilidad del reloj durante períodos cada vez más largos, para ver cómo cambia con el tiempo. En el nuevo documento, el equipo informa un nivel de estabilidad que conduce a una desviación de tiempo de menos de cuatro nanosegundos después de más de 20 días de funcionamiento.

“Como regla general, una incertidumbre de un nanosegundo en el tiempo corresponde a una incertidumbre de la distancia de aproximadamente un pie”, dijo Eric Burt, físico del reloj atómico de la misión en el JPL y coautor del nuevo artículo. “Algunos relojes GPS deben actualizarse varias veces al día para mantener este nivel de estabilidad, y eso significa que el GPS depende en gran medida de la comunicación con el suelo. Con el Reloj Atómico del Espacio Profundo basta realizar la actualización cada semana o más, por lo que potencialmente le da a una aplicación como el GPS mucha más autonomía «.

La estabilidad y el retraso de tiempo posterior que se informa en el nuevo artículo es aproximadamente cinco veces mejor que lo que informó el equipo en la primavera de 2020. Esto no representa una mejora en el reloj en sí, sino en la medición del equipo de la estabilidad del reloj. Períodos operativos más prolongados y casi un año completo de datos adicionales permitieron mejorar la precisión de su medición.

La misión Deep Space Atomic Clock concluirá en agosto, pero la NASA anunció que el trabajo en esta tecnología continúa: el Deep Space Atomic Clock-2, una versión mejorada del cronometrador de vanguardia, volará en el VERITAS (abreviatura de Venus Emissivity, Radiociencia, InSAR, Topografía y Espectroscopía) a Venus. Al igual que su predecesor, el nuevo reloj espacial es una demostración de tecnología, lo que significa que su objetivo es avanzar en las capacidades en el espacio mediante el desarrollo de instrumentos, hardware, software o similares que no existen actualmente. Construido por JPL y financiado por la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial (STMD) de la NASA, la señal de reloj ultraprecisa generada con esta tecnología podría ayudar a permitir la navegación autónoma de las naves espaciales y mejorar las observaciones de radiociencia en misiones futuras.

El Reloj Atómico del Espacio Profundo de la NASA podría revolucionar la navegación del espacio profundo. Un requisito clave para la demostración de tecnología fue un diseño compacto. El paquete de hardware completo se muestra aquí y cada lado solo mide aproximadamente 10 pulgadas (25 centímetros). Créditos de la imagen: NASA / JPL-Caltech

«La selección de la NASA de Deep Space Atomic Clock-2 en VERITAS habla de la promesa de esta tecnología», dijo Todd Ely, investigador principal de Deep Space Atomic Clock y gerente de proyectos en JPL. «En VERITAS, nuestro objetivo es poner a prueba este reloj espacial de próxima generación y demostrar su potencial para la navegación y la ciencia en el espacio profundo».

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 ​​el programa de Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) de la NASA 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 articulo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech

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