Un GPS interplanetario que utiliza señales Pulsar

Navegar por el espacio es un asunto complicado. El método habitual se basa en estaciones de seguimiento basadas en la Tierra para calcular la distancia de una nave espacial utilizando ondas de radio, un proceso que tiene una precisión de aproximadamente un metro.

Eso está bien para la distancia radial, pero rastrear la posición angular de una nave espacial es mucho más difícil debido a la resolución angular limitada de las antenas de radio. La tecnología actual produce una incertidumbre de unos cuatro kilómetros por unidad astronómica de distancia entre la Tierra y la nave espacial.

Entonces, para una nave espacial a la distancia de Plutón, esa es una incertidumbre de 200 kilómetros y a la distancia de la Voyager 1, la incertidumbre es de 500 kilómetros.

Por lo tanto, una forma en que las naves espaciales determinaran su propia posición con precisión sería claramente útil.

Hoy, Werner Becker del Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre en Alemania y un par de amigos han trabajado en los detalles prácticos de un sistema de navegación autónomo de una nave espacial que utiliza señales de púlsares. Dicen que la tecnología que se está desarrollando ahora permitiría a las naves espaciales determinar su posición dentro de los cinco kilómetros en cualquier parte del sistema solar.

La idea de utilizar púlsares para navegar en el espacio se remonta a varias décadas. Pero Becker y sus colegas dicen que los análisis anteriores se han visto obstaculizados por un conocimiento limitado de los púlsares y la tecnología relativamente voluminosa que ha estado disponible para detectarlos. Ambas cosas han cambiado drásticamente en los últimos años.

Primero, el número de legumbres conocidas está creciendo significativamente. Los astrónomos conocen más de 2.000 púlsares y se espera que la próxima generación de observatorios de radio revele decenas de miles más.

La idea básica detrás de este sistema de navegación interplanetario es usar las señales de estos púlsares esencialmente de la misma manera que usamos los satélites GPS para navegar en la Tierra. Midiendo el tiempo de llegada de los pulsos de al menos tres púlsares diferentes y comparándolo con su tiempo de llegada previsto, es posible calcular una posición en el espacio tridimensional.

(Dado que los púlsares producen una corriente de pulsos idénticos, es posible generar cualquier cantidad de soluciones ambiguas al hacer esto. Pero Becker y sus colegas señalan que estas pueden eliminarse restringiendo las soluciones a un volumen finito alrededor de la posición asumida).

La viabilidad de un sistema de este tipo depende de una serie de factores prácticos importantes, determinados en gran medida por la longitud de onda de la radiación del púlsar que el sistema de navegación está diseñado para detectar. Esto determina el área de recolección de la antena, el consumo de energía, el peso del sistema de navegación y, por supuesto, su costo.

Becker y sus colegas calculan que para ondas de 21 centímetros, la nave espacial requeriría una antena con un área de recolección de 150 metros cuadrados.

Pero una mejor idea, dicen, es usar púlsares que emitan rayos X, ya que la tecnología para recolectar y enfocar rayos X ha mejorado dramáticamente en los últimos años.

Una medida del rendimiento de los espejos de rayos X es su masa. El espejo utilizado en el Observatorio de rayos X Chandra lanzado en 1999 tenía una masa de 18,5 toneladas por metro cuadrado de área de recolección efectiva. En comparación, la óptica de microporos de vidrio de última generación que se fabrica hoy tiene una masa de solo 25 kilogramos para la misma área de recolección.

Entonces, la óptica de rayos X tiene mucho sentido para la navegación de púlsares, dicen Becker y compañía. Usando las señales de rayos X de los púlsares de milisegundos, estimamos que la navegación sería posible con una precisión de ± 5 km en el sistema solar y más allá, dicen.

Puede que no sea necesario tener esta precisión para la mayoría de las misiones previstas a corto plazo. Sin embargo, Becker y sus colegas son optimistas sobre su potencial futuro: ya está claro hoy que esta técnica de navegación encontrará aplicaciones en la astronáutica del futuro. Como dicen, hasta el infinito y más allá ...

Ref: arxiv.org/abs/1305.4842 : Navegación autónoma de naves espaciales con púlsares

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