Ahora que la NASA ha demostrado la viabilidad de la navegación autónoma de rayos X en el espacio, un equipo dirigido por el Observatorio Astrofísico Smithsonian planea incluir la tecnología en una misión propuesta de CubeSat a la Luna, y los ingenieros de la NASA ahora están estudiando la posibilidad de agregar la capacidad a futuras naves espaciales de exploración humana.

El interés en esta capacidad emergente para guiar naves espaciales a los confines del sistema solar se produce pocos meses después de que el científico de la NASA Keith Gendreau y su equipo en el Goddard Space Flight Center de la agencia en Greenbelt, Maryland, demostró con éxito la técnica, comúnmente conocida como XNAV, con un experimento llamado Station Explorer para la tecnología de sincronización y navegación de rayos X, o SEXTANTE.

La demostración de la tecnología SEXTANT, que la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA había financiado bajo su programa de Desarrollo de Cambios en el Juego, tuvo lugar a fines del año pasado y demostró que los púlsares de milisegundos podrían usarse para determinar con precisión la ubicación de un objeto que se mueve a miles de millas por hora en el espacio. Estas pulsaciones son muy predecibles, al igual que los relojes atómicos utilizados para proporcionar datos de sincronización en el ubicuo sistema GPS.

Durante la demostración, SEXTANT aprovechó los 52 telescopios de rayos X y detectores de deriva de silicio en el Explorador de composición interior de estrellas de neutrones de la NASA, o NICER, para detectar rayos X que emanan de objetivos púlsar de cuatro milisegundos. Los datos de sincronización de los púlsares se introdujeron en algoritmos integrados que generaron de forma autónoma una solución de navegación para la ubicación de NICER en órbita alrededor de la Tierra.

Se espera que el equipo lleve a cabo otra demostración de XNAV a finales de esta primavera para ver si puede mejorar la ya impresionante precisión de la tecnología. dijo Jason Mitchell, gerente de proyectos de SEXTANT, que trabaja en Goddard.

Banco de pruebas de navegación

En otro desarrollo que podría ampliar el uso de XNAV, El equipo SEXTANT entregó recientemente un banco de pruebas especial al Laboratorio de Electroóptica de la División de Aeromecánica y Mecánica de Vuelo en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston. El equipo desarrolló el dispositivo de mesa único, a veces descrito como un "púlsar sobre una mesa", para simular las señales de baja intensidad recibidas de los púlsares. Las mediciones obtenidas de XNAV se utilizarán para probar los algoritmos que se están desarrollando para futuras misiones tripuladas.

Los sensores XNAV complementan los sensores de navegación óptica (OpNav). Juntos, pueden servir como un paquete de navegación autónoma para ayudar a los vehículos en caso de pérdida de comunicaciones con el suelo y para aliviar la carga de seguimiento de la navegación en la Red de Espacio Profundo de la NASA.

Mitchell dijo que el Portal-Plataforma Orbital Lunar de la NASA, donde los astronautas participarán en una variedad de ciencia, exploración, y actividades comerciales en órbita alrededor y en la Luna, podría emplear capacidades XNAV.

CubeX:Caracterización de la superficie lunar

Y en otro desarrollo, el equipo de SEXTANT está trabajando con Suzanne Romaine, un científico del Observatorio Astrofísico Smithsonian, y JaeSub Hong, investigador de la Universidad de Harvard, para volar XNAV en una misión CubeSat llamada CubeX.

"Este es un impulso para mover la tecnología al modo operativo, "dijo Mitchell, OMS, junto con Gendreau, es colaborador de CubeX. "Esta es una gran oportunidad para XNAV y muestra su valor para navegar en el espacio profundo".

Tal como se concibe actualmente, el pequeño satélite recopilaría datos de tiempo de la lista de púlsares de milisegundos SEXTANT utilizando el telescopio de rayos X en miniatura de CubeX. Un algoritmo a bordo utilizaría los datos para determinar la trayectoria de la nave espacial. El equipo compararía la solución de CubeX con la proporcionada por la Red de Espacio Profundo de la NASA, una capacidad de comunicaciones y navegación utilizada por todas las misiones del espacio profundo de la NASA.

Demonstrating XNAV on an operational satellite, sin embargo, isn't the mission's only objective.

The other half of its mission will be spent measuring the composition of the Moon's lower crust and upper mantle to understand the origin and evolution of Earth's only natural satellite, which scientists believe may have formed when a huge collision tore off a chunk of Earth.

"There's a lot we don't know about the Moon. Many mysteries remain, " said Hong. A better understanding of the mantle layer could be key to determining how the Moon and the Earth formed. To get this information, CubeX would use a technique called X-ray fluorescence, or XRF.

XRF, which is widely used in science and industry applications, is based on the principle that when individual atoms in sediment, rocks, and other materials are excited by an external energy source—in this case, X-rays emanating from the Sun—they emit their own X-rays that exhibit a characteristic energy or wavelength indicative of a specific element. This can be likened to how fingerprints can identify a specific person.

By capturing these "fluorescing" photons with a miniaturized X-ray optic and then analyzing them with an onboard spectrometer, scientists can discern which elements make up outcrops of the Moon's rocky mantle, which have been exposed by impact craters, and its crust, which overlays the mantle.

The mission would launch no earlier than 2023 to take advantage of the next solar maximum, which would assure a steady bombardment of high-energy X-rays to produce the fluorescence.