NASA estende missão de relógio atômico no espaço profundo

 Caros Leitores;

Uma demonstração de tecnologia chamada Deep Space Atomic Clock poderia permitir que sondas distantes se locomovessem usando um sistema de navegação semelhante ao sistema baseado em GPS que usamos na Terra.

Créditos: NASA / JPL-Caltech

›Visão ampliada

À medida que se aproxima o momento em que a NASA começará a enviar humanos de volta à Lua, as viagens com tripulação a Marte são um próximo passo atraente. Mas os futuros exploradores espaciais precisarão de novas ferramentas ao viajar para destinos tão distantes. A missão Deep Space Atomic Clock está testando uma nova tecnologia de navegação que pode ser usada por exploradores humanos e robóticos que estão fazendo seu caminho ao redor do Planeta Vermelho e outros destinos no espaço profundo.

Em menos de um ano de operações, a missão ultrapassou seu objetivo principal de se tornar um dos relógios mais estáveis ​​que já voou no espaço; agora é pelo menos 10 vezes mais estável do que relógios atômicos voados em satélites GPS. Para continuar testando o sistema, a NASA estendeu a missão até agosto de 2021. A equipe usará o tempo adicional da missão para continuar a melhorar a estabilidade do relógio, com o objetivo de se tornar 50 vezes mais estável do que os relógios atômicos GPS. 

Lançado em junho de 2019 e gerenciado pelo Jet Propulsion Laboratory da NASA no sul da Califórnia, o Deep Space Atomic Clock do tamanho de uma torradeira é uma carga útil em um satélite comercial. Como uma demonstração de tecnologia, seu objetivo é avançar as capacidades no espaço desenvolvendo instrumentos, hardware, software ou similares que não existem atualmente. Essas missões de demonstração também devem mostrar que as novas tecnologias podem operar com segurança no espaço. O objetivo é, eventualmente, ver essas tecnologias incorporadas em missões em grande escala.

No caso do Deep Space Atomic Clock, o objetivo é habilitar sistemas de navegação no espaço profundo que sejam mais autônomos do que os que existem hoje. Portanto, as espaçonaves viajando além da Lua teriam algo semelhante ao sistema baseado em GPS que usamos na Terra. Para fazer isso, a missão está focada na estabilidade do relógio, ou sua capacidade de medir o tempo de forma consistente por longos períodos, enquanto opera no ambiente espacial hostil. Quanto mais estável um relógio, mais tempo ele pode fazer seu trabalho sem a ajuda de relógios atômicos do tamanho de uma geladeira no solo.
"Estamos extremamente orgulhosos do que esta missão já fez e estamos muito animados com o fato de a NASA achar que vale a pena continuarmos trabalhando nisso", disse Todd Ely, investigador principal do Deep Space Atomic Clock e gerente de projeto do JPL. "Este tem sido um projeto extremamente desafiador, mas estamos motivados pela ideia de que essa tecnologia pode transformar fundamentalmente a navegação no espaço profundo" .

Melhores relógios no espaço

Os relógios atômicos encontrados em satélites GPS são a razão pela qual as ferramentas de navegação do seu smartphone funcionam quase que instantaneamente. Seu telefone recebe uma série de sinais de vários satélites (pelo menos quatro são necessários para que o posicionamento funcione). O software GPS do telefone usa o tempo desses sinais para determinar sua posição, bem como a velocidade com que você está se movendo e em que direção. Os relógios atômicos dos satélites GPS garantem que o tempo seja preciso. Para fazer isso, os relógios precisam ser capazes de medir o tempo com precisão - até menos de um bilionésimo de segundo.

Um processo semelhante é usado para espaçonaves voando além da Lua: os navegadores refletem os sinais entre o explorador robótico e os relógios atômicos na Terra para determinar a trajetória da espaçonave. Mas existem limitações para este sistema devido às imensas distâncias envolvidas. Por exemplo, os sinais de luz às vezes podem levar até 20 minutos para viajar da Terra a Marte, então os navegadores não podem fazer alterações de última hora no caminho de uma nave espacial.

Além disso, os relógios atômicos dos satélites GPS em órbita terrestre não são estáveis ​​o suficiente para serem usados ​​para navegação autônoma em uma espaçonave viajando no espaço profundo. Com o tempo, sua medição da duração de um segundo mudará muito sutilmente, mas o suficiente para impactar a navegação. Na verdade, os satélites GPS recebem atualizações diárias ou duas vezes ao dia de relógios atômicos mais estáveis ​​baseados em terra para corrigir esse desvio, o que seria impraticável para espaçonaves em destinos mais distantes. E, infelizmente, pilotar esses relógios terrestres também não é uma opção, não apenas porque eles são tão grandes, mas porque não foram projetados para operar no espaço.

Evolução para revolução

A missão Deep Space Atomic Clock foi criada para trazer a estabilidade de um relógio atômico baseado no solo para um pequeno e resistente o suficiente para voar no espaço. A equipe agora demonstrou que o relógio muda menos de um nanossegundo após quatro dias, o que representa menos de um milionésimo de segundo após 10 anos e um segundo completo a cada 10 milhões de anos. Isso pode parecer pequeno, mas um erro de um segundo inteiro pode resultar em um cálculo incorreto da posição de uma espaçonave por centenas de milhares de quilômetros.

Até agora, a equipe da missão aprendeu muito sobre como seu novo design de relógio atômico se sai no espaço, incluindo como ele responde ao aumento das doses de radiação (que varia em diferentes pontos no espaço) e como obter o melhor desempenho do relógio operado remotamente."No longo prazo, essa tecnologia pode ser revolucionária", disse Robert Tjoelker, co-investigador do Deep Space Atomic Clock do JPL. "Apenas colocar nosso relógio no espaço e operando bem é um grande primeiro passo. Refinamentos adicionais para uma vida ainda mais longa e maior estabilidade já estão em andamento."
Com desenvolvimento e testes adicionais, observaram os membros da equipe, a tecnologia poderia ser usada para navegação espacial em meados da década de 2020.

O Deep Space Atomic Clock está hospedado em uma espaçonave fornecida pela General Atomics Electromagnetic Systems de Englewood, Colorado. É patrocinado pelo programa de missões de demonstração tecnológica da Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial localizado no Centro de Vôo Espacial Marshall da NASA em Huntsville, Alabama, e pelo programa de Comunicações e Navegação Espacial (SCaN) da NASA na Diretoria de Exploração Humana e Operações de Missão da NASA. O JPL gerencia o projeto.

Para obter mais informações sobre o Deep Space Atomic Clock, visite:
https://www.nasa.gov/mission_pages/tdm/clock/index.html

Calla Cofield
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Califórnia
calla.e.cofield@jpl.nasa.gov

Fonte: NASA / Editor: Naomi Hartono / 01-01-2021

Última atualização: 24 de junho de 2020

https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-extends-deep-space-atomic-clock-mission

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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