As espaçonaves que se aventuram além de nossa Lua dependem da comunicação com estações terrestres na Terra para descobrir onde estão e para onde estão indo. O Deep Space Atomic Clock da NASA está trabalhando para dar a esses exploradores mais longínquos mais autonomia durante a navegação. Em um novo artigo publicado hoje na revista Nature, a missão relata o progresso em seu trabalho para melhorar a capacidade dos relógios atômicos baseados no espaço de medir o tempo de forma consistente por longos períodos.
Conhecido como estabilidade, esse recurso também impacta a operação de satélites GPS que ajudam as pessoas a navegar na Terra, portanto, este trabalho também tem o potencial de aumentar a autonomia de espaçonaves GPS de próxima geração.
Para calcular a trajetória de uma espaçonave distante, os engenheiros enviam sinais da espaçonave para a Terra e vice-versa. Eles usam relógios atômicos do tamanho de uma geladeira no solo para registrar o tempo desses sinais, o que é essencial para medir com precisão a posição da espaçonave. Mas para robôs em Marte ou em destinos mais distantes, esperar pelos sinais para fazer a viagem pode rapidamente chegar a dezenas de minutos ou mesmo horas.
Se essas espaçonaves carregassem relógios atômicos, elas poderiam calcular sua própria posição e direção, mas os relógios teriam que ser altamente estáveis. Os satélites GPS carregam relógios atômicos para nos ajudar a chegar aos nossos destinos na Terra, mas esses relógios exigem atualizações várias vezes ao dia para manter o nível de estabilidade necessário. As missões espaciais profundas exigiriam relógios baseados no espaço mais estáveis.
Gerenciado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, o Deep Space Atomic Clock está operando a bordo da espaçonave Orbital Test Bed da General Atomic desde junho de 2019. O novo estudo relata que a equipe da missão estabeleceu um novo recorde de estabilidade do relógio atômico a longo prazo em espaço, atingindo mais de 10 vezes a estabilidade dos atuais relógios atômicos baseados no espaço, incluindo aqueles em satélites GPS.
Quando cada nanossegundo conta
Todos os relógios atômicos têm algum grau de instabilidade que leva a um deslocamento da hora do relógio em relação à hora real. Se não for corrigido, o deslocamento, embora minúsculo, aumenta rapidamente e, com a navegação da espaçonave, mesmo um pequeno deslocamento pode ter efeitos drásticos.
Um dos principais objetivos da missão Deep Space Atomic Clock era medir a estabilidade do relógio em períodos cada vez mais longos, para ver como ele muda com o tempo. No novo artigo, a equipe relata um nível de estabilidade que leva a um desvio de tempo de menos de quatro nanossegundos após mais de 20 dias de operação.
“Como regra geral, uma incerteza de um nanossegundo no tempo corresponde a uma incerteza de distância de cerca de um pé”, disse Eric Burt, físico do relógio atômico para a missão no JPL e co-autor do novo artigo. “Alguns relógios GPS devem ser atualizados várias vezes ao dia para manter esse nível de estabilidade, e isso significa que o GPS é altamente dependente da comunicação com o solo. O Deep Space Atomic Clock estende isso para uma semana ou mais, potencialmente fornecendo um aplicativo como o GPS, muito mais autonomia. ”
A estabilidade e o subsequente atraso relatado no novo artigo é cerca de cinco vezes melhor do que o que a equipe relatou na primavera de 2020. Isso não representa uma melhoria no relógio em si, mas na medição da equipe da estabilidade do relógio. Períodos de operação mais longos e quase um ano inteiro de dados adicionais tornaram possível melhorar a precisão de suas medições.
A missão Deep Space Atomic Clock será concluída em agosto, mas a NASA anunciou que o trabalho nesta tecnologia continua: o Deep Space Atomic Clock-2, uma versão aprimorada do cronometrista de ponta, voará no VERITAS (abreviação de Venus Emissivity, Rádio Ciência, InSAR, Topografia e Espectroscopia) missão a Vênus. Como seu antecessor, o novo relógio espacial é uma demonstração de tecnologia, o que significa que seu objetivo é avançar as capacidades no espaço desenvolvendo instrumentos, hardware, software ou similares que não existem atualmente. Construído pelo JPL e financiado pelo Space Technology Mission Directorate (STMD) da NASA, o sinal de relógio ultrapreciso gerado com esta tecnologia pode ajudar a permitir a navegação autônoma de espaçonaves e melhorar as observações científicas de rádio em missões futuras.
“A seleção da NASA do Deep Space Atomic Clock-2 no VERITAS atende à promessa dessa tecnologia”, disse Todd Ely, investigador principal do Deep Space Atomic Clock e gerente de projeto do JPL. “No VERITAS, pretendemos colocar este relógio espacial de próxima geração à prova e demonstrar seu potencial para navegação e ciência no espaço profundo.”
Publicado em 05/07/2021 12h13
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