Por mais de dois anos, o Deep Space Atomic Clock da NASA tem expandido as fronteiras de cronometragem no espaço. Em 18 de setembro de 2021, sua missão chegou ao fim com sucesso.
O instrumento está hospedado na espaçonave Orbital Test Bed da General Atomics que foi lançada a bordo da missão 2 do Programa de Teste Espacial do Departamento de Defesa em 25 de junho de 2019. Seu objetivo: testar a viabilidade do uso de um relógio atômico a bordo para melhorar a navegação da espaçonave no espaço profundo.
Atualmente, as naves espaciais dependem de relógios atômicos baseados no solo. Para medir a trajetória de uma espaçonave enquanto ela viaja além da Lua, os navegadores usam esses cronômetros para rastrear com precisão quando esses sinais são enviados e recebidos. Como os navegadores sabem que os sinais de rádio viajam à velocidade da luz (cerca de 300.000 quilômetros por segundo), eles podem usar essas medições de tempo para calcular a distância exata da espaçonave, velocidade e direção de viagem.
Mas quanto mais longe uma espaçonave está da Terra, mais tempo leva para enviar e receber sinais – de vários minutos a algumas horas – atrasando significativamente esses cálculos. Com um relógio atômico a bordo emparelhado com um sistema de navegação, a espaçonave poderia calcular imediatamente onde está e para onde está indo.
Construído pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, o Deep Space Atomic Clock é um relógio atômico ultrapreciso de íons de mercúrio envolto em uma pequena caixa que mede cerca de 10 polegadas (25 centímetros) de cada lado – aproximadamente o tamanho de uma torradeira . Projetado para sobreviver aos rigores do lançamento e ao ambiente frio e de alta radiação do espaço sem degradação do desempenho de cronometragem, o Deep Space Atomic Clock foi uma demonstração de tecnologia destinada a realizar inovações tecnológicas e preencher lacunas críticas de conhecimento.
Depois que o instrumento completou sua missão principal de um ano na órbita da Terra, a NASA estendeu a missão para coletar mais dados por causa de sua excepcional estabilidade de cronometragem. Mas antes que a demonstração técnica fosse desligada em 18 de setembro, a missão trabalhou além do tempo para extrair o máximo de dados possível em seus dias finais.
“A missão Deep Space Atomic Clock foi um sucesso retumbante, e a joia da história aqui é que a demonstração da tecnologia operou bem além do período operacional pretendido”, disse Todd Ely, investigador principal e gerente de projeto do JPL.
Os dados do instrumento pioneiro ajudarão a desenvolver Deep Space Atomic Clock-2, uma demonstração tecnológica que viajará para Vênus a bordo da nave Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography & Spectroscopy (VERITAS) da NASA quando for lançada em 2028. Isso será o primeiro teste para um relógio atômico no espaço profundo e um avanço monumental para aumentar a autonomia da espaçonave.
Estabilidade é tudo
Embora os relógios atômicos sejam os cronômetros mais estáveis do planeta, eles ainda têm instabilidades que podem causar um atraso minúsculo, ou “deslocamento”, no tempo dos relógios em relação ao tempo real. Se não forem corrigidos, esses deslocamentos serão somados e podem levar a grandes erros de posicionamento. Frações de segundo podem significar a diferença entre chegar com segurança a Marte ou perder o planeta por completo.
As atualizações podem ser enviadas da Terra para a espaçonave para corrigir esses deslocamentos. Os satélites do Sistema de Posicionamento Global (GPS), por exemplo, carregam relógios atômicos para nos ajudar a ir do ponto A ao B. Para garantir que eles mantenham o tempo com precisão, as atualizações precisam ser frequentemente transmitidas a eles do solo. Mas ter que enviar atualizações frequentes da Terra para um relógio atômico no espaço profundo não seria prático e anularia o propósito de equipar uma espaçonave com um.
É por isso que um relógio atômico em uma espaçonave explorando o espaço profundo precisaria ser o mais estável possível desde o início, permitindo que seja menos dependente da Terra para ser atualizado.
“O Deep Space Atomic Clock teve sucesso neste objetivo”, disse Eric Burt do JPL, um físico do relógio atômico para a missão. “Alcançamos um novo recorde de estabilidade do relógio atômico de longo prazo no espaço – mais do que uma ordem de magnitude melhor do que os relógios atômicos GPS. Isso significa que agora temos a estabilidade para permitir mais autonomia em missões espaciais profundas e potencialmente fazer GPS satélites menos dependentes de atualizações duas vezes ao dia se carregassem nosso instrumento. ”
Em um estudo recente, a equipe do Deep Space Atomic Clock relatou um desvio de menos de quatro nanossegundos após mais de 20 dias de operação.
Como seu predecessor, o Deep Space Atomic Clock-2 será uma demonstração tecnológica, o que significa que a VERITAS não dependerá dele para cumprir seus objetivos. Mas esta próxima iteração será menor, usará menos energia e será projetada para suportar uma missão de vários anos como o VERITAS.
“É uma conquista notável da equipe – a demonstração de tecnologia provou ser um sistema robusto em órbita, e agora estamos ansiosos para ver uma versão aprimorada ir para Vênus”, disse Trudy Kortes, diretor de demonstrações de tecnologia para Ciência da NASA e Technology Mission Directorate (STMD) na sede da NASA em Washington. “Isso é o que a NASA faz – desenvolvemos novas tecnologias e aprimoramos as existentes para o avanço dos voos espaciais humanos e robóticos. O Deep Space Atomic Clock realmente tem o potencial de transformar a forma como exploramos o espaço sideral.”
Jason Mitchell, diretor da Divisão de Tecnologia de Navegação e Comunicações Avançadas de Comunicações e Navegação Espacial (SCaN) da NASA na sede da agência, concordou: “O desempenho do instrumento foi verdadeiramente excepcional e um testemunho da capacidade da equipe. Indo além, não apenas Se o Deep Space Atomic Clock permitir novas capacidades operacionais significativas para as missões de exploração humana e robótica da NASA, ele também poderá permitir uma exploração mais profunda da física fundamental da relatividade, muito parecido com os relógios que suportam GPS fizeram. ”
Publicado em 08/10/2021 23h29
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