El Reloj Atómico del Deep Space de la NASA completa su misión exitosamente

Con el objetivo de mejorar la navegación de las naves espaciales, la demostración de tecnología funcionó mucho más tiempo de lo planeado y batió el récord de estabilidad de los relojes atómicos en el espacio.

Durante más de dos años, el Reloj Atómico del Deep Space 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 Space Test Program 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 mientras viaja más allá de la Luna, los operadores desde tierra usan estos cronometradores para rastrear con precisión cuándo se envían y reciben esas señales. Como los  operadores desde tierra saben que las señales de radio viajan a la velocidad de la luz (300.000 kilómetros por segundo), pueden usar esta medida de tiempo para calcular exactamente la distancia, velocidad y dirección de viaje de la nave espacial. 

El Reloj Atómico del Deep Space mide 25 centímetros de lado, aproximadamente del tamaño de una tostadora. Su diseño compacto era un requisito clave, y una iteración aún más pequeña volará a bordo de la nave espacial VERITAS de la NASA.
Créditos: NASA/JPL-Caltech.

Cuanto más lejos está una nave espacial de la Tierra, más tiempo se tarda en enviar y recibir señales, desde varios minutos hasta unas pocas 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.

El Reloj Atómico del Deep Space ha sido construido por el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, en el sur de California. Es un reloj atómico ultrapreciso, de iones de mercurio, encerrado en una pequeña caja que mide 25 centímetros de lado, aproximadamente del tamaño de una tostadora. Está 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 Deep Space fue una demostración de tecnología destinada a llevar a cabo avances tecnológicos y llenar vacíos de conocimiento.

El Reloj Atómico del Deep Space fue lanzado en un cohete SpaceX Falcon Heavy como parte de la misión Space Test Program-2 (STP-2), del Departamento de Defensa, desde el Complejo de Lanzamiento 39A, en el Kennedy Space Center de la NASA, en Florida, el martes 25 de junio de 2019.
Créditos: NASA/Joel Kowsky.

El instrumento completó su misión principal de un año en la órbita de la Tierra, pero la NASA extendió la misión para recopilar más datos debido a su excepcional estabilidad de cronometraje. 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 Reloj Atómico del Deep Space fue un éxito rotundo, y lo mejor de la historia 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 pionero instrumento ayudarán a desarrollar el Reloj Atómico-2 del Deep Space, una demostración tecnológica que viajará a Venus a bordo de la nave espacial VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography & Spectroscopy) de la NASA, cuando se lance en 2028. Será la primera prueba para un reloj atómico en el espacio profundo y un avance monumental para lograr una mayor autonomía de las naves espaciales.

Vídeo explicativo de la importancia de conocer la hora exacta en el espacio y cómo el Reloj Atómico del Deep Space de la NASA, conseguirá que las naves espaciales del futuro dependan menos de la Tierra para navegar de manera autónoma.
La estabilidad lo es todo

Aunque los relojes atómicos son los cronometradores 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 sumarían 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.

Desde la Tierra se pueden transmitir actualizaciones 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, deben transmitirse actualizaciones desde tierra con frecuencia. Pero tener que enviar actualizaciones frecuentes desde la Tierra 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, ya que permitiría ser menos dependiente de la Tierra para actualizarse.

“El Reloj Atómico del Deep Space 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 suficiente para permitir una mayor autonomía en misiones en el espacio profundo y hacer que los satélites GPS dependan menos de las actualizaciones si llevaran nuestro instrumento”.

Posters del Reloj Atómico del Deep Space disponibles para descargar aquí.
Créditos: NASA/JPL-Caltech.

En un estudio reciente, el equipo del Reloj Atómico del Deep Space informó una desviación de menos de cuatro nanosegundos después de más de 20 días de funcionamiento.

Al igual que su predecesor, el Reloj Atómico-2 Deep Space Atomic Clock-2 será una demostración de tecnología, 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 es un sistema robusto en órbita, y ahora esperamos ver una versión mejorada de camino a Venus”, dijo Trudy Kortes, directora de demostraciones de tecnología para Science de la NASA y la Science and Technology Mission Directorate (STMD) en la Sede de la NASA en Washington. “Esto es lo que hace la NASA: desarrollamos nuevas tecnologías y mejoramos las existentes para mejorar los vuelos espaciales humanos y robóticos. El Reloj Atómico del Deep Space tiene el potencial de transformar la forma en que exploramos el espacio profundo”.

Jason Mitchell, director de la Advanced Communications & Navigation Technology Division (SCaN) de la NASA en la sede de la agencia, estuvo de acuerdo: “El desempeño del instrumento ha sido verdaderamente excepcional y un testimonio de la capacidad del equipo. En el futuro, el Reloj Atómico del Deep Space 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 Deep Space está alojado en una nave espacial proporcionada por General Atomics Electromagnetic Systems de Englewood, Colorado. Está patrocinado por el STMD’s Technology Demonstration Missions program ubicado en el Marshall Space Flight Center de la NASA en Huntsville, Alabama, y SCaN dentro de la Human Exploration and Operations Mission Directorate de la NASA. JPL gestiona el proyecto.

Noticia original (en inglés)

Edición: R. Castro.