Três cartazes atraentes apresentando o Deep Space Atomic Clock e como as futuras versões da demonstração tecnológica podem ser usadas por espaçonaves e astronautas. Crédito:NASA / JPL-Caltech
Por mais de dois anos, O Deep Space Atomic Clock da NASA está expandindo as fronteiras da cronometragem no espaço. Em 18 de setembro, 2021, sua missão teve um fim bem-sucedido.
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, espaçonaves 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. Porque os navegadores sabem que os sinais de rádio viajam à velocidade da luz (cerca de 186, 000 milhas por segundo, ou 300, 000 quilômetros por segundo), eles podem usar essas medidas de tempo para calcular a distância exata da espaçonave, Rapidez, e direção da viagem.
Mas quanto mais longe uma espaçonave está da Terra, quanto 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 ultrapreciso, relógio atômico de íon 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 frio, ambiente 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 de 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 horas extras 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 de tecnologia operou bem após o 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 Emissividade Vênus da NASA, Radio Science, InSAR, A espaçonave Topografia e Espectroscopia (VERITAS) quando for lançada em 2028. Este será o primeiro teste para um relógio atômico no espaço profundo e um avanço monumental para aumentar a autonomia da espaçonave.
Esta ilustração mostra a demonstração da tecnologia Deep Space Atomic Clock da NASA e a nave espacial General Atomics Orbital Test Bed que a hospeda. A nave espacial poderia um dia depender de tais instrumentos para navegar no espaço profundo. Crédito:NASA
Estabilidade é tudo
Embora os relógios atômicos sejam os cronometristas mais estáveis do planeta, eles ainda têm instabilidades que podem causar um atraso minúsculo, ou "deslocamento, "no tempo dos relógios versus o tempo real. Se não for corrigido, esses deslocamentos se somam 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. Satélites do Sistema de Posicionamento Global (GPS), por exemplo, carregue 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 transmitidas com frequência 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 tem cerca de 25 centímetros de cada lado, aproximadamente do tamanho de uma torradeira. Seu design compacto era um requisito fundamental, e uma iteração ainda menor voará a bordo da espaçonave VERITAS da NASA. Crédito:NASA / JPL-Caltech
"O Deep Space Atomic Clock conseguiu esse 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 antecessor, o Deep Space Atomic Clock-2 será uma demonstração tecnológica, o que significa que a VERITAS não dependerá dela para cumprir seus objetivos. Mas esta próxima iteração será menor, use menos energia, e ser projetado para apoiar uma missão plurianual como a VERITAS.
O Deep Space Atomic Clock foi lançado em um foguete SpaceX Falcon Heavy como parte da missão Space Test Program-2 (STP-2) do Departamento de Defesa do Complexo de Lançamento 39A no Kennedy Space Center da NASA na Flórida na terça-feira, 25 de junho 2019. Crédito:NASA / Joel Kowsky
"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 melhorada ir para Vênus, "disse Trudy Kortes, diretor de demonstrações de tecnologia da Diretoria de Missão de Ciência e Tecnologia (STMD) da NASA 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, o 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 uma prova da capacidade da equipe. não só o Deep Space Atomic Clock habilitará novos recursos operacionais para as missões de exploração humana e robótica da NASA, também pode permitir uma exploração mais profunda da física fundamental da relatividade, muito parecido com os relógios que suportam GPS fizeram. "
