As espaçonaves que se aventuram além de nossa Lua dependem da comunicação com estações terrestres na Terra para descobrir onde estão e para onde estão indo. O Deep Space Atomic Clock da NASA está trabalhando para dar a esses exploradores mais longínquos mais autonomia durante a navegação. Em um novo artigo publicado hoje na revista Natureza , a missão relata o progresso em seu trabalho para melhorar a capacidade dos relógios atômicos baseados no espaço de medir o tempo de forma consistente por longos períodos.

Conhecido como estabilidade, esse recurso também afeta a operação de satélites GPS que ajudam as pessoas a navegar na Terra, portanto, este trabalho também tem o potencial de aumentar a autonomia das espaçonaves GPS de próxima geração.

Para calcular a trajetória de uma espaçonave distante, engenheiros enviam sinais da espaçonave para a Terra e vice-versa. Eles usam relógios atômicos do tamanho de uma geladeira no chão para registrar o tempo desses sinais, que é essencial para medir com precisão a posição da espaçonave. Mas para robôs em Marte ou destinos mais distantes, esperar pelos sinais para fazer a viagem pode rapidamente adicionar dezenas de minutos ou mesmo horas.

Se essas espaçonaves carregassem relógios atômicos, eles poderiam calcular sua própria posição e direção, mas os relógios teriam de ser altamente estáveis. Os satélites GPS carregam relógios atômicos para nos ajudar a chegar aos nossos destinos na Terra, mas esses relógios requerem atualizações várias vezes ao dia para manter o nível de estabilidade necessário. As missões espaciais profundas exigiriam relógios baseados no espaço mais estáveis.

Gerenciado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, o Deep Space Atomic Clock está operando a bordo da espaçonave Orbital Test Bed da General Atomic desde junho de 2019. O novo estudo relata que a equipe da missão estabeleceu um novo recorde de estabilidade do relógio atômico a longo prazo no espaço, atingindo mais de 10 vezes a estabilidade dos atuais relógios atômicos baseados no espaço, incluindo aqueles em satélites GPS.

Quando cada nanossegundo conta

Todos os relógios atômicos têm algum grau de instabilidade que leva a um deslocamento da hora do relógio em relação à hora real. Se não corrigido, o deslocamento, enquanto minúsculo, aumenta rapidamente, e com navegação de nave espacial, até mesmo um pequeno deslocamento pode ter efeitos drásticos.

Um dos principais objetivos da missão Deep Space Atomic Clock era medir a estabilidade do relógio em períodos cada vez mais longos, para ver como isso muda com o tempo. No novo jornal, a equipe relata um nível de estabilidade que leva a um desvio de tempo de menos de quatro nanossegundos após mais de 20 dias de operação.

"Como uma regra geral, uma incerteza de um nanossegundo no tempo corresponde a uma incerteza de distância de cerca de um pé, "disse Eric Burt, um físico do relógio atômico para a missão no JPL e co-autor do novo artigo. “Alguns relógios GPS devem ser atualizados várias vezes ao dia para manter este nível de estabilidade, e isso significa que o GPS é altamente dependente da comunicação com o solo. O Deep Space Atomic Clock empurra isso para uma semana ou mais, assim, potencialmente, dando a um aplicativo como o GPS muito mais autonomia. "

A estabilidade e o subsequente atraso relatado no novo artigo é cerca de cinco vezes melhor do que o que a equipe relatou na primavera de 2020. Isso não representa uma melhoria no próprio relógio, mas na medição da estabilidade do relógio pela equipe. Períodos de operação mais longos e quase um ano inteiro de dados adicionais tornaram possível melhorar a precisão de suas medições.

A missão Deep Space Atomic Clock será concluída em agosto, mas a NASA anunciou que o trabalho nesta tecnologia continua:o Deep Space Atomic Clock-2, uma versão aprimorada do cronometrista de ponta, voará no VERITAS (abreviação de Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topografia, e Espectroscopia) missão a Vênus. Como seu antecessor, o novo relógio espacial é uma demonstração de tecnologia, o que significa que seu objetivo é avançar as capacidades no espaço através do desenvolvimento de instrumentos, hardware, Programas, ou algo parecido que não existe atualmente. Construído pelo JPL e financiado pelo Space Technology Mission Directorate (STMD) da NASA, o sinal de relógio ultrapreciso gerado com esta tecnologia pode ajudar a habilitar a navegação autônoma de espaçonaves e melhorar as observações científicas de rádio em missões futuras.

"A seleção da NASA do Deep Space Atomic Clock-2 no VERITAS atende à promessa desta tecnologia, "disse Todd Ely, Investigador principal e gerente de projeto do Deep Space Atomic Clock no JPL. "No VERITAS, pretendemos colocar este relógio espacial de próxima geração à prova e demonstrar seu potencial para navegação e ciência no espaço profundo. "