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| El Reloj Atómico del Espacio Profundo de la NASA ha estado operando a bordo del satélite General Atomics Orbital Test Bed desde junio de 2019. Esta ilustración muestra la nave espacial en órbita terrestre. Crédito: General Atomics Electromagnetic Systems |
Las naves espaciales que se aventuran más allá de la Luna dependen de la comunicación con las estaciones terrestres para saber dónde están y hacia dónde van. El Reloj Atómico del Espacio Profundo de la NASA está trabajando para dar a esos exploradores lejanos más autonomía en la navegación. En un nuevo artículo publicado el dia 30/06/2021 en la revista Nature, la misión informa de los progresos realizados en su trabajo para mejorar la capacidad de los relojes atómicos basados en el espacio para medir el tiempo de forma consistente durante largos períodos.
Esta característica, conocida como estabilidad, también influye en el funcionamiento de los satélites GPS que ayudan a la gente 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 lejana, los ingenieros envían señales desde la nave a la Tierra y viceversa. Utilizan relojes atómicos del tamaño de un frigorífico en tierra para registrar el tiempo de esas señales, lo que es esencial para medir con precisión la posición de la nave. Pero para los robots en Marte o en destinos más lejanos, la espera de las señales para hacer 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 actualizaciones varias veces al día para mantener el nivel de estabilidad necesario. Las misiones en el espacio profundo requerirían relojes espaciales más estables.
Gestionado 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 del Banco de Pruebas Orbitales de General Atomic desde junio de 2019. El nuevo estudio informa que el equipo de la misión ha establecido un nuevo récord de estabilidad de reloj atómico a largo plazo en el espacio, alcanzando más de 10 veces la estabilidad de los relojes atómicos actuales basados en el espacio, incluidos los de los satélites GPS.
Cuando cada nanosegundo cuenta
Todos los relojes atómicos tienen un cierto grado de inestabilidad que provoca un desfase entre la hora del reloj y la hora real. Si no se corrige, el desfase, aunque minúsculo, aumenta rápidamente, y con la navegación espacial, incluso un pequeño desfase podría tener efectos drásticos.
Uno de los principales objetivos de la misión Deep Space Atomic Clock era medir la estabilidad del reloj durante periodos cada vez más largos, para ver cómo cambia con el tiempo. En el nuevo artículo, el equipo informa de un nivel de estabilidad que lleva a una desviación temporal de menos de cuatro nanosegundos tras más de 20 días de funcionamiento.
"Por regla general, una incertidumbre de un nanosegundo en el tiempo corresponde a una incertidumbre en la distancia de unos 30 centímetros", explica Eric Burt, físico de relojes atómicos de la misión en el JPL y coautor del nuevo trabajo. "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 la tierra. El Reloj Atómico del Espacio Profundo alarga esta situación a una semana o más, dando así potencialmente a una aplicación como el GPS mucha más autonomía."
La estabilidad y el consiguiente retraso de tiempo que se indican en el nuevo documento son unas cinco veces mejores que los que el equipo comunicó 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 de funcionamiento más largos y casi un año completo de datos adicionales han permitido mejorar la precisión de su medición.
La misión del Reloj Atómico del Espacio Profundo concluirá en agosto, pero la NASA ha anunciado que el trabajo en esta tecnología continúa: el Reloj Atómico del Espacio Profundo-2, una versión mejorada del vanguardista cronómetro, volará en la misión VERITAS (abreviatura de Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) a Venus. Al igual que su predecesor, el nuevo reloj espacial es una demostración tecnológica, lo que significa que su objetivo es avanzar en las capacidades espaciales mediante el desarrollo de instrumentos, hardware, software o similares que no existen actualmente. Construido por el 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 radiocientíficas en futuras misiones.
"La selección por parte de la NASA del Deep Space Atomic Clock-2 en VERITAS demuestra lo prometedor de esta tecnología", dijo Todd Ely, investigador principal del Deep Space Atomic Clock y director del proyecto en el JPL. "En VERITAS, pretendemos poner a prueba este reloj espacial de nueva generación y demostrar su potencial para la navegación y la ciencia en el espacio profundo".
Fuentes y referencias:
Más información: E. A. Burt et al, Demonstration of a trapped-ion atomic clock in space, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03571-7