Por siglos, los faros ayudaron a los marineros a navegar con seguridad hacia el puerto. Sus luces barrieron el agua atravesando la niebla y la oscuridad, guiar a los navegantes alrededor de obstáculos peligrosos y mantenerlos en el camino correcto. En el futuro, Los exploradores espaciales pueden recibir una guía similar de las señales constantes creadas por los púlsares.

Los científicos e ingenieros están utilizando la Estación Espacial Internacional para desarrollar la navegación basada en púlsar utilizando estos faros cósmicos para ayudar con la orientación en viajes a la Luna bajo el programa Artemis de la NASA y en futuras misiones humanas a Marte.

Púlsares, o estrellas de neutrones que giran rápidamente, son los restos extremadamente densos de estrellas que explotaron como supernovas. Emiten fotones de rayos X en brillantes, rayos estrechos que barren el cielo como un faro mientras giran las estrellas. A gran distancia parecen latir, de ahí el nombre de púlsares.

Un telescopio de rayos X en el exterior de la estación espacial, el Explorador de composición interior de la estrella de neutrones o NICER, recopila y marca la hora de la llegada de la luz de rayos X de las estrellas de neutrones a través del cielo. Software integrado en NICER, llamado el Explorador de estaciones para la tecnología de navegación y sincronización de rayos X o SEXTANT, está utilizando las balizas de los púlsares para crear un sistema similar al GPS. Este concepto, a menudo denominado XNAV, podría proporcionar navegación autónoma en todo el sistema solar y más allá.

"El GPS utiliza señales sincronizadas con precisión. Las pulsaciones de algunas estrellas de neutrones son muy estables, algunos incluso tan estables como los relojes atómicos terrestres a largo plazo, lo que los hace potencialmente útiles de manera similar, "dice Luke Winternitz, investigador del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland.

La estabilidad de los pulsos permite predicciones muy precisas de su hora de llegada a cualquier punto de referencia del sistema solar. Los científicos han desarrollado modelos detallados que predicen con precisión cuándo llegaría un pulso, por ejemplo, el centro de la Tierra. Cronometrar la llegada del pulso a un detector en una nave espacial, y comparando eso con cuando se predice que llegará a un punto de referencia, proporciona información para navegar mucho más allá de nuestro planeta.

"La información de navegación proporcionada por los púlsares no se degrada al alejarse de la Tierra, ya que los púlsares se distribuyen por toda nuestra galaxia, la Vía Láctea, "dice el miembro del equipo SEXTANT Munther Hassouneh, tecnólogo de navegación.

"Convierte la 'G' en GPS de global a galáctica, "agrega el miembro del equipo Jason Mitchell, director de la División de Tecnología de Navegación y Comunicaciones Avanzadas del Programa de Navegación y Comunicación Espacial de la NASA. "Podría funcionar en cualquier parte del sistema solar e incluso transportar sistemas robóticos o tripulados más allá del sistema solar".

Los púlsares también se pueden observar en la banda de radio pero, a diferencia de las ondas de radio, Los rayos X no se retrasan por la materia en el espacio. Adicionalmente, Los detectores de rayos X pueden ser más compactos y más pequeños que las antenas parabólicas.

Pero debido a que los pulsos de rayos X son muy débiles, un sistema debe ser lo suficientemente robusto para recolectar una señal suficiente para navegar. La gran área de recolección de NICER lo hace casi ideal para la investigación de XNAV. Un futuro sistema XNAV podría hacerse más pequeño, tamaño comercial para un tiempo de recolección más largo.

"NICER es aproximadamente del tamaño de una lavadora, pero podría reducir drásticamente su tamaño y volumen, "Mitchell dice". Por ejemplo, Sería interesante colocar un telescopio XNAV en un pequeño satélite que pudiera navegar de forma independiente por el cinturón de asteroides y caracterizar los cuerpos primitivos del sistema solar ".

Como se publicó en un artículo de 2018, SEXTANT ya ha demostrado con éxito la navegación basada en púlsares en tiempo real a bordo de la estación espacial. También estudió el uso de púlsares para el mantenimiento del tiempo y la sincronización del reloj y está ayudando a expandir el catálogo de púlsares para usar como puntos de referencia para XNAV.

El equipo SEXTANT también incluye a Samuel Price, Sean Semper y Wayne Yu en Goddard; Los socios del Laboratorio de Investigación Naval Paul Ray y Kent Wood; y el investigador principal de NICER, Keith Gendreau, y el director científico Zaven Arzoumanian.

El equipo ahora está estudiando la navegación autónoma XNAV en la plataforma Gateway de la NASA como una técnica para apoyar misiones tripuladas a Marte. Los astronautas también podrían usarlo para complementar las capacidades de navegación a bordo en caso de que necesiten regresar a la Tierra por su cuenta.

"La órbita de Gateway alrededor de la Luna de aproximadamente seis días y medio nos permitiría mirar a los púlsares durante mucho más tiempo, "Dice Mitchell." Ahí es donde entra el comercio; el instrumento es como un balde y está llenando ese balde con suficientes fotones de rayos X para generar una medida de cuándo llegó ese pulso. Podría tener un detector de una fracción del tamaño de NICER ".

Este tipo de experimentos podrían acercar los faros cósmicos a las naves espaciales a sus destinos un paso más hacia la realidad.