p Em uma tecnologia em primeiro lugar, uma equipe de engenheiros da NASA demonstrou navegação de raios-X totalmente autônoma no espaço - uma capacidade que poderia revolucionar a capacidade da NASA no futuro de pilotar espaçonaves robóticas até os confins do sistema solar e além. p A demonstração, que a equipe realizou com um experimento chamado Station Explorer para tecnologia de sincronização e navegação de raios-X, ou SEXTANT, mostraram que pulsares de milissegundos podem ser usados ​​para determinar com precisão a localização de um objeto se movendo a milhares de milhas por hora no espaço - semelhante a como o Sistema de Posicionamento Global, amplamente conhecido como GPS, fornece posicionamento, navegação, e serviços de cronometragem para usuários na Terra com sua constelação de 24 satélites operacionais.

p "Esta demonstração é um avanço para a futura exploração do espaço profundo, "disse o Gerente de Projeto SEXTANT Jason Mitchell, um tecnólogo aeroespacial no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "Como o primeiro a demonstrar a navegação de raios-X de forma totalmente autônoma e em tempo real no espaço, agora estamos liderando o caminho. "

p Esta tecnologia fornece uma nova opção para navegação no espaço profundo que pode funcionar em conjunto com os sistemas óticos e de rádio baseados em naves espaciais existentes.

p Embora possa levar alguns anos para amadurecer um sistema de navegação de raios-X prático para uso em espaçonaves do espaço profundo, o fato de os engenheiros da NASA terem provado que isso poderia ser feito é um bom presságio para futuras viagens espaciais interplanetárias. Tal sistema fornece uma nova opção para a espaçonave determinar autonomamente suas localizações fora das redes de navegação global baseadas na Terra atualmente usadas, porque os pulsares são acessíveis em praticamente todos os regimes de voo concebíveis, da Terra baixa ao espaço mais profundo.

p Explorando telescópios NICER

p A demonstração da tecnologia SEXTANT, que a Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial da NASA havia financiado sob seu Programa de Mudança de Jogo, tirou proveito dos 52 telescópios de raios-X e detectores de desvio de silício que compõem o Explorador de Composição Interior da NASA com estrelas de nêutrons, ou NICER. Desde a sua implantação bem-sucedida como uma carga útil externa anexada na Estação Espacial Internacional em junho, ele treinou sua ótica em alguns dos objetos mais incomuns do universo.

p "Estamos fazendo ciência muito legal e usando a estação espacial como uma plataforma para executar essa ciência, que por sua vez permite a navegação por raios-X, "disse Keith Gendreau de Goddard, o investigador principal do NICER, que apresentou os resultados na quinta-feira, 11 de janeiro na reunião da American Astronomical Society em Washington. "A tecnologia ajudará a humanidade a navegar e explorar a galáxia."

p AGRADÁVEL, um observatório do tamanho de uma máquina de lavar, atualmente está estudando estrelas de nêutrons e sua coorte de pulsação rápida, chamados pulsares. Embora essas esquisitices estelares emitam radiação em todo o espectro eletromagnético, a observação na faixa de raios-X oferece os maiores insights sobre esses incomuns, objetos celestes incrivelmente densos, que, se comprimido ainda mais, entraria em colapso completamente em buracos negros. Apenas uma colher de chá de matéria estelar de nêutrons pesaria um bilhão de toneladas na Terra.

p Embora o NICER esteja estudando todos os tipos de estrelas de nêutrons, o experimento SEXTANT é focado em observações de pulsares. A radiação que emana de seus poderosos campos magnéticos é varrida como um farol. Os feixes estreitos são vistos como flashes de luz quando varrem nossa linha de visão. Com essas pulsações previsíveis, Os pulsares podem fornecer informações de tempo de alta precisão semelhantes aos sinais de relógio atômico fornecidos pelo sistema GPS.

p Demonstração do Dia dos Veteranos

p Na demonstração do SEXTANT que ocorreu durante o feriado do Dia dos Veteranos em 2017, a equipe SEXTANT selecionou quatro alvos pulsares de milissegundos — J0218 + 4232, B1821-24, J0030 + 0451, e J0437-4715 - e direcionou o NICER para se orientar de forma que pudesse detectar os raios X em seus amplos feixes de luz. Os pulsares de milissegundos usados ​​pelo SEXTANT são tão estáveis ​​que seus tempos de chegada de pulso podem ser previstos com precisões de microssegundos por anos no futuro.

p Durante a experiência de dois dias, a carga útil gerou 78 medições para obter dados de tempo, que o experimento SEXTANT alimentou seus algoritmos especialmente desenvolvidos a bordo para costurar de forma autônoma uma solução de navegação que revelou a localização do NICER em sua órbita ao redor da Terra como uma carga útil de uma estação espacial. A equipe comparou essa solução com os dados de localização coletados pelo receptor GPS a bordo da NICER.

p "Para que as medições a bordo sejam significativas, precisávamos desenvolver um modelo que previsse os tempos de chegada usando observações terrestres fornecidas por nossos colaboradores em radiotelescópios ao redor do mundo, "disse Paul Ray, um co-investigador SEXTANT com o Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA. "A diferença entre a medição e a previsão do modelo é o que nos dá nossas informações de navegação."

p O objetivo era demonstrar que o sistema poderia localizar o NICER em um raio de 10 milhas enquanto a estação espacial girava em torno da Terra a pouco mais de 17, 500 mph. Dentro de oito horas após o início do experimento em 9 de novembro, o sistema convergiu para um local dentro do intervalo pretendido de 10 milhas e permaneceu bem abaixo desse limite para o resto do experimento, Disse Mitchell. Na verdade, "uma boa parte" dos dados mostrou posições com precisão de até três milhas.

p "Isso foi muito mais rápido do que as duas semanas que reservamos para o experimento, "disse o arquiteto de sistema SEXTANT Luke Winternitz, que trabalha em Goddard. "Tínhamos indicações de que nosso sistema funcionaria, mas o experimento de fim de semana finalmente demonstrou a capacidade do sistema de funcionar de maneira autônoma. "

p Embora o sistema GPS usado de forma ubíqua tenha uma precisão de poucos metros para usuários ligados à Terra, este nível de precisão não é necessário ao navegar para os confins do sistema solar, onde as distâncias entre os objetos medem milhões de milhas. "No espaço profundo, esperamos alcançar precisões de centenas de metros, "Mitchell disse.

p Próximas etapas e o futuro

p Agora que a equipe demonstrou o sistema, Winternitz disse que a equipe se concentrará na atualização e no ajuste fino do software de vôo e de solo em preparação para um segundo experimento no final de 2018. O objetivo final, o que pode levar anos para perceber, seria desenvolver detectores e outro hardware para tornar a navegação baseada em pulsar prontamente disponível em futuras espaçonaves. Para avançar a tecnologia para uso operacional, as equipes se concentrarão na redução do tamanho, peso, e requisitos de energia e melhorando a sensibilidade dos instrumentos. A equipe SEXTANT agora também está discutindo a possível aplicação de navegação de raios-X para apoiar voos espaciais humanos, Mitchell acrescentou.

p Se uma missão interplanetária às luas de Júpiter ou Saturno fosse equipada com tal dispositivo de navegação, por exemplo, seria capaz de calcular sua localização de forma autônoma, por longos períodos de tempo sem se comunicar com a Terra.

p Mitchell disse que o GPS não é uma opção para essas missões longínquas porque seu sinal enfraquece rapidamente quando se viaja para além da rede de satélites GPS ao redor da Terra.

p "Esta demonstração bem-sucedida estabelece firmemente a viabilidade da navegação do pulsar de raios-X como uma nova capacidade de navegação autônoma. Mostramos que uma versão madura desta tecnologia poderia melhorar a exploração do espaço profundo em qualquer lugar dentro do sistema solar e além, "Mitchell disse." É uma tecnologia incrível primeiro. "

p NICER é uma missão de oportunidade em astrofísica dentro do programa Explorers da NASA, que oferece oportunidades de voos frequentes para investigações científicas de classe mundial a partir do espaço, utilizando abordagens de gestão simplificadas e eficientes nas áreas de heliofísica e astrofísica. A Diretoria de Missão de Tecnologia Espacial da NASA financia o componente SEXTANT da missão por meio de seu Programa de Desenvolvimento de Mudança de Jogo.