Durante más de dos años, El Reloj Atómico del Espacio Profundo de la NASA ha estado ampliando las fronteras del cronometraje en el espacio. El 18 de septiembre 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 del Programa de Prueba Espacial 2 del Departamento de Defensa el 25 de junio. 2019. Su objetivo:probar la viabilidad de utilizar un reloj atómico a bordo para mejorar la navegación de las naves espaciales en el espacio profundo.

En la actualidad, Las naves espaciales dependen de relojes atómicos terrestres. Para medir la trayectoria de una nave espacial a medida que viaja más allá de la Luna, Los navegantes utilizan estos cronometradores para rastrear con precisión cuándo se envían y reciben esas señales. Debido a que los navegantes saben que las señales de radio viajan a la velocidad de la luz (aproximadamente 186, 000 millas por segundo, o 300, 000 kilómetros por segundo), pueden usar estas medidas de tiempo para calcular la distancia exacta de la nave espacial, velocidad, y dirección de viaje.

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

Construido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California, el Reloj Atómico del Espacio Profundo es un ultrapreciso, reloj atómico de iones de mercurio encerrado en una pequeña caja que mide aproximadamente 10 pulgadas (25 centímetros) en cada lado, aproximadamente del tamaño de una tostadora. Diseñado para sobrevivir a los rigores del lanzamiento y al frío, entorno de alta radiación del espacio sin que se degrade su rendimiento de cronometraje, El Reloj Atómico del Espacio Profundo fue una demostración de tecnología destinada a realizar innovaciones tecnológicas y llenar vacíos de conocimiento críticos.

Después de que el instrumento completó su misión principal de un año en órbita terrestre, La NASA extendió la misión para recopilar más datos debido a su excepcional estabilidad de cronometraje. Pero 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 del Reloj Atómico del Espacio Profundo fue un éxito rotundo, y la joya de la historia aquí es que la demostración de tecnología operó mucho más allá del período operativo previsto, "dijo Todd Ely, investigador principal y director de proyectos en JPL.

Los datos del instrumento pionero ayudarán a desarrollar Deep Space Atomic Clock-2, una demostración tecnológica que viajará a Venus a bordo del Venus Emissivity de la NASA, Radio ciencia, InSAR, Nave espacial Topografía y Espectroscopía (VERITAS) cuando se lance en 2028. Esta será la primera prueba para un reloj atómico en el espacio profundo y un avance monumental para una mayor autonomía de la nave espacial.

La estabilidad lo es todo

Si bien los relojes atómicos son los cronometradores más estables del planeta, todavía tienen inestabilidades que pueden causar un retraso minúsculo, o "desplazamiento, "en el tiempo de los relojes frente al tiempo real. Si no se corrige, estas compensaciones se sumarán 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.

Las actualizaciones se pueden transmitir desde la Tierra a la nave espacial para corregir estas compensaciones. Satélites del sistema de posicionamiento global (GPS), por ejemplo, Llevar relojes atómicos que nos ayuden a ir del punto A al B. Para asegurarse de que marcan la hora con precisión, las actualizaciones deben transmitirse con frecuencia desde el suelo. 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. lo que le permite ser menos dependiente de la Tierra para actualizarse.

"El Reloj Atómico del Espacio Profundo logró este objetivo, "dijo Eric Burt de JPL, un físico del reloj atómico para 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 para permitir una mayor autonomía en misiones en el espacio profundo y potencialmente hacer GPS satélites menos dependientes de las actualizaciones dos veces al día si llevaban nuestro instrumento ".

En un estudio reciente, El equipo del Reloj Atómico del Espacio Profundo informó una desviación de menos de cuatro nanosegundos después de más de 20 días de funcionamiento.

Como su predecesor, Deep Space Atomic Clock-2 será una demostración técnica, lo que significa que VERITAS no dependerá de ella para cumplir sus objetivos. Pero esta próxima iteración será más pequeña, usar menos energía, y estar diseñado para apoyar una misión de varios años como VERITAS.

"Es un logro notable del equipo:la demostración de tecnología ha demostrado ser un sistema robusto en órbita, y ahora esperamos ver una versión mejorada en Venus, "dijo Trudy Kortes, director de demostraciones de tecnología para la Dirección de Misiones de Ciencia y Tecnología (STMD) de la NASA en la Sede de la NASA en Washington. "Esto es lo que hace la NASA:desarrollamos nuevas tecnologías y mejoramos las existentes para promover los vuelos espaciales humanos y robóticos. El Reloj Atómico del Espacio Profundo tiene realmente el potencial de transformar la forma en que exploramos el espacio profundo".

Jason Mitchell, el director de la División de Tecnología de Navegación y Comunicaciones Avanzadas de la Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) de la NASA en la sede de la agencia estuvo de acuerdo:"El rendimiento del instrumento fue verdaderamente excepcional y un testimonio de la capacidad del equipo. De cara al futuro, no solo el Reloj Atómico del Espacio Profundo permitirá importantes, nuevas capacidades operativas para las misiones de exploración humana y robótica de la NASA, También puede permitir una exploración más profunda de la física fundamental de la relatividad, al igual que lo han hecho los relojes compatibles con GPS ".