La NASA extiende la misión del reloj atómico del espacio profundo.


Una prueba de tecnología llamada Reloj Atómico del Espacio Profundo podría permitir a las sondas remotas moverse usando un sistema de navegación similar al sistema basado en GPS que usamos en la Tierra. Crédito: NASA / JPL-Caltech.

A medida que se acerca el momento en que la NASA comenzará a enviar humanos a la Luna, los viajes tripulados a Marte son el siguiente paso tentador. Pero los futuros exploradores espaciales necesitarán nuevas herramientas cuando viajen a destinos tan distantes. La misión del Reloj Atómico del Espacio Profundo está probando una nueva tecnología de navegación que podría ser utilizada tanto por exploradores humanos como por robots que navegan por el Planeta Rojo y otros destinos del espacio profundo.

En menos de un año de operaciones, la misión ha superado su objetivo principal de convertirse en uno de los relojes más estables que jamás haya volado en el espacio; ahora es al menos 10 veces más estable que los relojes atómicos volados en satélites GPS. Para seguir probando el sistema, la NASA ha extendido la misión hasta agosto de 2021. El equipo utilizará el tiempo de misión adicional para continuar mejorando la estabilidad del reloj, con el objetivo de volverse 50 veces más estable que los relojes atómicos GPS.

Lanzado en junio de 2019 y administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, el reloj atómico de espacio profundo del tamaño de una tostadora es una carga útil en un satélite comercial. Como prueba de tecnología, su objetivo es avanzar en las capacidades en el espacio mediante el desarrollo de instrumentos, hardware, software o similares que actualmente no existen. Estas misiones de demostración también deben mostrar que las nuevas tecnologías pueden operar de manera confiable en el espacio. El objetivo es ver eventualmente tales tecnologías incorporadas en misiones a gran escala.

En el caso del reloj atómico del espacio profundo, el objetivo es habilitar sistemas de navegación en el espacio profundo que sean más autónomos de lo que existe hoy en día. Entonces, las naves espaciales que viajen más allá de la Luna tendrían algo similar al sistema basado en GPS que usamos en la Tierra. Para hacer eso, la misión se centra en la estabilidad del reloj, o en su capacidad de medir el tiempo de manera constante durante largos períodos, mientras opera en el duro entorno espacial. Cuanto más estable es un reloj, más tiempo puede hacer su trabajo sin la ayuda de relojes atómicos del tamaño de un refrigerador en tierra.

“Estamos muy orgullosos de lo que esta misión ya ha hecho, y estamos muy entusiasmados de que la NASA piense que vale la pena seguir trabajando en ella”, dijo Todd Ely, investigador principal y gerente de proyectos del Reloj Atómico del Espacio Profundo en JPL. “Este ha sido un proyecto extremadamente desafiante, pero estamos motivados por la idea de que esta tecnología podría transformar fundamentalmente la navegación en el espacio profundo”.

Mejores relojes en el espacio

Los relojes atómicos que se encuentran en los satélites GPS son la razón por la cual las herramientas de navegación de su teléfono inteligente funcionan casi instantáneamente. Su teléfono recibe una serie de señales de varios satélites (se requieren al menos cuatro para que el posicionamiento funcione). El software de GPS de su teléfono utiliza el tiempo de esas señales para determinar su posición, así como la velocidad con la que se mueve y en qué dirección. Los relojes atómicos en los satélites GPS aseguran que la sincronización sea precisa. Para hacer esto, los relojes deben poder medir el tiempo con precisión, hasta menos de una billonésima de segundo.

Se usa un proceso similar para las naves espaciales que vuelan más allá de la Luna: los navegadores rebotan las señales entre el explorador robótico y los relojes atómicos en la Tierra para determinar la trayectoria de la nave espacial. Pero existen limitaciones en este sistema debido a las inmensas distancias involucradas. Por ejemplo, las señales de luz a veces pueden tomar hasta 20 minutos para viajar desde la Tierra a Marte, por lo que los navegadores no pueden hacer cambios de último minuto en el viaje de una nave espacial.

Además, los relojes atómicos en los satélites GPS en órbita terrestre no son lo suficientemente estables como para ser utilizados para la navegación autónoma en una nave espacial que viaja en el espacio profundo. Con el tiempo, su medición de la duración de un segundo cambiará muy sutilmente, pero lo suficiente como para impactar en la navegación. De hecho, los satélites GPS reciben actualizaciones diarias o dos veces al día de relojes atómicos terrestres más estables para corregir esta deriva, lo que no sería práctico para las naves espaciales en destinos más distantes. Y desafortunadamente, volar esos relojes terrestres tampoco es una opción, no solo porque son muy grandes sino porque no están diseñados para operar en el espacio.

Evolución a la revolución

La misión del Reloj Atómico del Espacio Profundo se propuso llevar la estabilidad de un reloj atómico terrestre a uno lo suficientemente pequeño y resistente como para volar en el espacio. El equipo ahora ha demostrado que el reloj se desplaza menos de un nanosegundo después de cuatro días, lo que suma menos de una millonésima de segundo después de 10 años y un segundo completo cada 10 millones de años. Eso puede parecer pequeño, pero un error de un segundo completo podría dar como resultado un cálculo erróneo de la posición de una nave espacial en cientos de miles de kilómetros.

Hasta ahora, el equipo de la misión ha aprendido muchísimo acerca de cómo funciona su novedoso diseño de reloj atómico en el espacio, incluida la forma en que responde al aumento de las dosis de radiación (que varía en diferentes puntos del espacio) y cómo obtener el mejor rendimiento del reloj operado a distancia.

“A la larga, esta tecnología podría ser revolucionaria”, dijo Robert Tjoelker, co-investigador del Reloj Atómico del Espacio Profundo en JPL. “Simplemente llevar nuestro reloj al espacio y que funcione bien es un gran primer paso. Ya se están trabajando en mejoras adicionales para una vida aún más larga y una mayor estabilidad”.

Con el desarrollo y las pruebas adicionales, señalaron los miembros del equipo, la tecnología podría utilizarse para la navegación espacial a mediados de la década de 2020.

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 la Dirección de Misión de Tecnología Espacial ubicado en el Centro Marshall de Vuelo Espacial de la NASA en Huntsville, Alabama, y ​​el programa de Comunicaciones y Navegación Espacial de la NASA (SCaN) dentro de la Dirección de Misión de Exploración y Operaciones Humanas de la NASA. JPL gestiona el proyecto.