Las naves espaciales que se aventuran más allá de nuestra Luna dependen de la comunicación con las estaciones terrestres de la Tierra para saber dónde están y hacia dónde se dirigen. El Reloj Atómico del Espacio Profundo de la NASA está trabajando para dar a esos exploradores remotos más autonomía al navegar. En un nuevo artículo publicado hoy en la revista Naturaleza , la misión informa sobre el progreso de su trabajo para mejorar la capacidad de los relojes atómicos espaciales para medir el tiempo de manera constante durante períodos prolongados.

Conocido como estabilidad, esta característica también afecta el funcionamiento de los satélites GPS que ayudan a las personas 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 distante, los ingenieros envían señales desde la nave espacial a la Tierra y viceversa. Usan relojes atómicos del tamaño de un refrigerador en el suelo para registrar la sincronización de esas señales, que es esencial para medir con precisión la posición de la nave espacial. Pero para los robots en Marte o en destinos más distantes, esperar las señales para realizar 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 necesario de estabilidad. 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 Orbital Test Bed de General Atomic desde junio de 2019. El nuevo estudio informa que el equipo de la misión ha establecido un nuevo récord para la estabilidad del reloj atómico a largo plazo en el espacio. alcanzando más de 10 veces la estabilidad de los relojes atómicos espaciales actuales, incluidos los de los satélites GPS.

Cuando cada nanosegundo cuenta

Todos los relojes atómicos tienen cierto grado de inestabilidad que conduce a un desfase en la hora del reloj con respecto a la hora real. Si no se corrige, el desplazamiento, mientras minúsculo, aumenta rápidamente, y con la navegación de naves espaciales, incluso una pequeña compensación podría tener efectos drásticos.

Uno de los objetivos clave de la misión Deep Space Atomic Clock era medir la estabilidad del reloj durante períodos cada vez más largos. para ver cómo cambia con el tiempo. En el nuevo periódico, el equipo informa un nivel de estabilidad que conduce a una desviación de tiempo de menos de cuatro nanosegundos después de más de 20 días de funcionamiento.

"Como regla general, una incertidumbre de un nanosegundo en el tiempo corresponde a una incertidumbre de distancia de aproximadamente un pie, "dijo Eric Burt, físico del reloj atómico para la misión del JPL y coautor del nuevo artículo. "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 el suelo. El Reloj Atómico del Espacio Profundo lleva esto a una semana o más, por lo que potencialmente le da a una aplicación como el GPS mucha más autonomía ".

La estabilidad y el retraso de tiempo posterior informado en el nuevo documento es aproximadamente cinco veces mejor que lo que informó el equipo 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 operativos más prolongados y casi un año completo de datos adicionales permitieron mejorar la precisión de su medición.

La misión Deep Space Atomic Clock concluirá en agosto, pero la NASA anunció que el trabajo en esta tecnología continúa:el Deep Space Atomic Clock-2, una versión mejorada del cronometrador de última generación, volará en el VERITAS (abreviatura de Venus Emissivity, Radio ciencia, InSAR, Topografía, y espectroscopia) misión a Venus. Como su predecesor, el nuevo reloj espacial es una demostración de tecnología, lo que significa que su objetivo es promover las capacidades en el espacio mediante el desarrollo de instrumentos, hardware, software, o similares que no existen actualmente. Construido por 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 científicas de radio en misiones futuras.

"La selección de la NASA de Deep Space Atomic Clock-2 en VERITAS habla de la promesa de esta tecnología, "dijo Todd Ely, Investigador principal y director de proyectos del Deep Space Atomic Clock en JPL. "En VERITAS, Nuestro objetivo es poner a prueba este reloj espacial de próxima generación y demostrar su potencial para la navegación y la ciencia en el espacio profundo ".