Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ha encontrado una manera para que los viajeros señalen dónde están mientras pasan por el sistema solar sin la ayuda de un observador a nivel del suelo en la Tierra.Mejoraron la tecnología de navegación de púlsares, que usa señales de rayos X de púlsares distantes, de manera similar a cómo el GPS usa señales de satélites especializados para calcular su ubicación exacta.
exploración espacial
Para navegar su curso a través del espacio, primero debe conocer su ubicación y dirección.Actualmente, las naves espaciales solo pueden encontrar uno de estos de forma independiente.Es bastante fácil encontrar la dirección o la dirección a la que apunta la nave espacial.La cámara a bordo puede buscar estrellas brillantes o el sol y usarlo como referencia.
Sin embargo, la ubicación es un problema mucho más difícil de resolver.Puede medir la distancia desde la Tierra o incluso en órbita baja (LEO) hasta un punto de referencia cercano y luego consultar el mapa.Sin embargo, esto no funcionará en espacios profundos donde los puntos de referencia están demasiado lejos para medirlos.En cambio, una red de estaciones de rastreo en la Tierra monitorea las señales de radio de la nave espacial.Calculan la distancia midiendo el tiempo de retardo y lo combinan con la dirección en la que llegó la señal para calcular la posición exacta en el espacio.La estación terrestre puede luego transmitir esta información al control de la misión o a la propia nave espacial.
Problema
“Podemos usar rastreadores de estrellas para determinar la dirección a la que apunta una nave espacial, pero depende de las señales de radio transmitidas entre la nave espacial y la Tierra para conocer la ubicación exacta de la nave espacial. Esto puede consumir mucho tiempo y requiere el uso de suscripciones excesivas. Es una infraestructura como la Red del Espacio Profundo de la NASA”, dijo Zach Putnam, profesor de ingeniería aeroespacial en Illinois.
Este sistema estándar y probado funciona, pero hay compensaciones.A medida que aumenta el número de misiones espaciales activas, el acceso a la infraestructura de comunicaciones se vuelve cada vez más controvertido.Y cuanto más lejos envíes la nave espacial al espacio, más tardará el viaje de ida y vuelta de la señal.Esto significa que las mediciones náuticas tardan cada vez más en completarse.Las futuras misiones espaciales, con o sin tripulación, deberían eventualmente poder navegar por sí mismas sin la guía de la Tierra.Afortunadamente,Navegación basada en púlsares de rayos X (XNAV), trabajar con un principio similar al del GPS podría ser la respuesta.
púlsar de navegación
Un púlsar es una estrella de neutrones que gira rápidamente.Los últimos restos de una estrella que murió en una explosión de supernova.Su rápida rotación y su fuerte campo magnético crean un poderoso haz de radiación que barre el cielo.Los púlsares individuales giran a varias velocidades, desde unas pocas veces por segundo hasta cientos de revoluciones por segundo.Cada púlsar tiene una firma única que puede identificarse mediante un receptor de radio muy simple.
Putnam y su equipo encontraron una forma de detectar y procesar las señales de púlsar de manera más eficiente.Esto permite que las naves espaciales detecten las emisiones de rayos X de múltiples púlsares usando una antena pequeña y un receptor simple.Debido a que estas señales son tan consistentes y predecibles, el receptor puede calcular con precisión cuándo llegará un pulso dado a una ubicación específica en el sistema solar.A medida que cada pulso viaja a través del espacio, forma un “frente de onda”, un área curva del espacio que marca todos los lugares a los que acaba de llegar un pulso en particular.
Estos frentes de onda son similares a las ondas que viajan por la superficie de un estanque.Sin embargo, si hay dos olas viajando en el mismo estanque, se mostrará un nodo.Este nodo marca la intersección de los diferentes frentes de onda.Las regiones espaciales donde interactúan los pulsos de rayos X de los dos púlsares forman un patrón de nodo similar.A medida que se agregan más púlsares, estos nodos se vuelven más raros, lo que les permite señalar su ubicación dentro de los 5 km del sistema solar más cercano.
solución
El trabajo realizado por Putnam y su equipo se centró en los algoritmos computacionales necesarios para predecir cómo interactuarían los frentes de onda de un púlsar conocido en un lugar determinado.Su objetivo es encontrar la forma más eficiente de realizar estos cálculos con una potencia informática mínima.
“Utilizamos el algoritmo para estudiar los púlsares que deben observarse para reducir el número de posiciones de naves espaciales candidatas dentro de un área determinada”, dijo Putnam.
Según su estudio, los mejores resultados se encuentran cuando se usan señales de púlsares con separación de ángulo bajo (púlsares que aparecen cerca uno del otro en el cielo) y pulsos que se mueven más lentamente.También confirmaron que agregar más púlsares mejora la precisión.Debido a que esto es más fácil que mejorar la calidad de la señal, las futuras naves espaciales podrían usar el XNAV con equipos receptores de radio más baratos y simples.
propiedad
puedeLeer más de su investigación, “Caracterización de soluciones candidatas para la navegación de púlsares de rayos X”.Este documento se publicó en IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems.