Nuestra constelación de satélites GPS es excelente pero limitada. Foto cortesía del Departamento de Defensa de EE. UU. LA FIESTA DONNER LLEGA A CALIFORNIA, RECLAMAR UN CLIMA JUSTO Y VIAJES SEGUROS
Este podría haber sido un titular escrito en el otoño de 1846 si George y Jacob Donner tuvieran acceso al Sistema de Posicionamiento Global, una tecnología de navegación de alta precisión que se basa en señales de una serie de satélites que orbitan alrededor de 12, 500 millas (20, 200 kilómetros) sobre la superficie de la Tierra [fuente:GPS.gov]. Desafortunadamente para los hermanos Donner y su desafortunado grupo de pioneros, El GPS requeriría otros 100 años de investigación y desarrollo, dejándolos para encontrar su camino a California usando brújulas, mapas y malos consejos. En el final, su largo viaje se convirtió en una tortuosa pesadilla. Quedaron atrapados por la nieve en las montañas de Sierra Nevada, donde muchos en su grupo murieron antes de que los rescatistas pudieran alcanzarlos en la primavera.
Los exploradores espaciales pueden enfrentar tragedias similares si no pueden encontrar un método confiable para orientarse mientras viajan a planetas distantes y, quizás, estrellas lejanas. El GPS parece el candidato lógico para tales esfuerzos, pero el sistema solo funciona si su viaje se limita a destinos terrestres. Eso es porque los 24 satélites que componen la "constelación" del GPS transmiten sus señales hacia la Tierra. Si se encuentra debajo de los satélites y tiene un receptor capaz de detectar las señales, puede determinar de forma fiable su ubicación. ¿Navegando por la superficie del planeta? Eres bueno para ir. ¿Volando en órbita terrestre baja (LEO)? Estás cubierto. Aventúrate por encima de LEO, sin embargo, y su práctico receptor GPS se encontrará rápidamente por encima de la constelación de satélites y, como resultado, ya no podrá grabar una señal. Dicho de otra manera:los satélites GPS solo transmiten hacia abajo, no hacia arriba.
Esto no significa que las misiones a destinos más allá de la Tierra tengan que volar a ciegas. Las técnicas de navegación actuales utilizan una red de estaciones de seguimiento terrestre que miran hacia arriba y hacia el espacio. Cuando un cohete sale de nuestro planeta hacia Marte, Júpiter o más allá, Las tripulaciones de tierra emiten ondas de radio desde las estaciones de rastreo hasta la embarcación. Esas olas rebotan en la nave y regresan a la Tierra, donde los instrumentos miden el tiempo que tardaron las ondas en realizar el viaje y el cambio de frecuencia provocado por el efecto Doppler. Usando esta información, los equipos de tierra pueden calcular la posición del cohete en el espacio.
Ahora imagina que quieres viajar a los confines del sistema solar. Cuando su nave espacial llegue a Plutón, tendrás 3, 673, 500, 000 millas (5,9 mil millones de kilómetros) de la Tierra. Una señal de radio enviada por una estación de rastreo tardaría 5.5 horas en llegar a usted y luego otras 5.5 horas en viajar de regreso (asumiendo que las ondas viajan a la velocidad de la luz). lo que hace que sea más difícil identificar su ubicación exacta. Viaja aún más lejos y la precisión de los sistemas de seguimiento terrestre se reduce aún más. Claramente, una mejor solución sería colocar un instrumento de navegación en la nave espacial para que pudiera calcular su posición de forma independiente. Ahí es donde navegación pulsar , una innovación del Goddard Space Flight Center de la NASA, viene en.
El GPS utiliza medidas precisas de tiempo para realizar cálculos. Cada satélite GPS contiene un reloj atómico, y su tiempo está sincronizado con el de un receptor. Un receptor puede calcular el alcance del satélite multiplicando el tiempo que tarda la señal del satélite en llegar al receptor por la velocidad de la señal. que es la velocidad de la luz. Si la señal de un satélite tarda 0,07 segundos en llegar al receptor, entonces el alcance del satélite es 13, 020 millas (186, 000 millas por segundo × 0,07 segundos).
Un cohete podría hacer cálculos similares si pudiera recibir señales de tiempo emitidas por algo en el espacio. Por suerte, el universo contiene más de unos pocos dispositivos de cronometraje de alta precisión. Son conocidos como púlsares - estrellas de neutrones que giran rápidamente y que emiten pulsos regulares de radiación electromagnética. En un momento de su vida, un púlsar vivía grande y brillaba intensamente. Luego agotó su combustible nuclear y murió en una explosión masiva. El producto de esa explosión fue un giro rápido, Objeto altamente magnetizado cuyos polos emitían poderosos rayos de energía. Ahora, como gira la estrella muerta, los rayos barren alrededor, como el faro de un faro. Un observador en la Tierra no puede ver la estrella en sí, pero puede ver los pulsos de luz que fluyen a través del espacio.
Algunos púlsares parpadean cada pocos segundos; otros parpadean mucho más rápido. De cualquier manera, siempre pulsan con una frecuencia constante, lo que los hace útiles para mantener el tiempo. De hecho, como dispositivos de cronometraje, los púlsares rivalizan con los relojes atómicos en términos de precisión. En 1974, un científico del Laboratorio de Propulsión a Chorro, G.S. Downs, propuso por primera vez la idea de usar púlsares para ayudar a las naves espaciales a navegar a través del cosmos. El concepto permaneció en el papel porque los científicos aún no sabían lo suficiente sobre las enigmáticas estrellas y porque los únicos instrumentos disponibles para detectar púlsares, los radiotelescopios, eran enormes.
A través de los años, el campo avanzó. Los astrónomos continuaron descubriendo púlsares y estudiando su comportamiento. En 1982, por ejemplo, los científicos descubrieron los púlsares del primer milisegundo, que tienen períodos de menos de 20 milisegundos. Y en 1983, encontraron que ciertos púlsares de milisegundos emitían fuertes señales de rayos X. Todo este trabajo hizo posible trasladar la navegación de púlsares del papel a la práctica.
La interpretación de este artista muestra la carga útil de NICER / SEXTANT. La carga útil de 56 telescopios volará en la Estación Espacial Internacional. Imagen cortesía de NASA Aunque el GPS que usamos en la Tierra no es útil para viajes interplanetarios, sus principios se aplican a otros sistemas de navegación. De hecho, El uso de púlsares para orientarse en el sistema solar se asemeja al GPS terrestre de muchas maneras:
El último obstáculo por supuesto, está probando la teoría para ver si se sostiene. Ese será uno de los objetivos clave de la misión NICER / SEXTANT de la NASA. NICER / SEXTANTE representa Explorador de composición interior de estrella de neutrones / Explorador de estación para tecnología de navegación y sincronización de rayos X , que describe un instrumento que consta de 56 telescopios de rayos X agrupados en una matriz del tamaño de un mini refrigerador [fuente:NASA]. Programado para volar en la Estación Espacial Internacional en 2017, el instrumento hará dos cosas:estudiar las estrellas de neutrones para aprender más sobre ellas y servir como prueba de concepto para la navegación de púlsares.
Si la misión NICER / SEXTANT tiene éxito, estaremos un paso más cerca de la navegación interplanetaria autónoma. Y tal vez tengamos la tecnología para evitar un desastre similar al de Donner en el espacio exterior. Estar perdido en el borde del sistema solar, miles de millones de millas de la Tierra, parece un poco más aterrador que alejarse de los caminos trillados de camino a California.
Recuerda "Lost in Space, "¿El cursi programa de televisión de ciencia ficción que se emitió a finales de los sesenta? Lo vi en reposiciones durante los setenta y me encantó cada minuto. Parecía algo genial estar perdido en el espacio en ese entonces. Ahora, con algo de perspectiva, parece absolutamente aterrador. Si la navegación de púlsares se convierte en una realidad, al menos ese aspecto del vuelo espacial, encontrar el camino, será menos intimidante.
