Relojes atómicos a bordo de naves interplanetarias

Las naves espaciales que se aventuran más allá de nuestra Luna dependen de la comunicación con las estaciones de seguimiento terrestres para disponer de datos precisos sobre su ubicación y sobre la trayectoria que deben seguir. Para calcular la trayectoria de una nave espacial lejana, los ingenieros hacen que la nave envíe señales a la Tierra y viceversa. Utilizan relojes atómicos del tamaño de un frigorífico instalados en las estaciones de seguimiento en tierra para registrar el tiempo de esas señales, lo que resulta esencial para medir con precisión la posición de la nave.

Los relojes atómicos son los más precisos que existen. En líneas generales, para medir el tiempo se basan en la resonancia estable de los átomos, al ser expuestos a una frecuencia específica. Pero para los robots en Marte o en destinos más lejanos, la espera de las señales puede fácilmente sumar decenas de minutos o incluso horas.

Si esas naves espaciales llevaran a bordo relojes atómicos, podrían calcular por cuenta propia su posición y su dirección, pero esos relojes tendrían que ser muy estables. Los satélites GPS llevan relojes atómicos para ayudarnos a orientarnos mediante el sistema GPS en nuestros trayectos en la Tierra, pero esos relojes requieren actualizaciones varias veces al día para mantener el nivel de estabilidad necesario.

Para que los relojes atómicos a bordo de naves interplanetarias resulten verdaderamente útiles deben ser capaces de mantener una buena estabilidad sin ayuda externa, una característica, esta última, que ha resultado muy difícil de lograr.

La NASA (agencia espacial estadounidense) está haciendo progresos notables al respecto con su Reloj Atómico de Espacio profundo. Estos progresos también ayudarán a incrementar la autonomía (tiempo de operación sin necesidad de actualizaciones desde la Tierra) de los satélites GPS.

El equipo de Eric Burt, del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA en Pasadena, California, Estados Unidos, ha establecido un nuevo récord de estabilidad a largo plazo del reloj atómico en el espacio, alcanzando más de 10 veces la estabilidad de los actuales relojes atómicos ubicados en el espacio, incluidos los de los satélites GPS.

Prototipo del Reloj Atómico de Espacio Profundo de la NASA. (Foto: NASA JPL / Caltech)

Todos los relojes atómicos tienen un cierto grado de inestabilidad que provoca un desfase entre la hora del reloj y la hora real. Si no se corrige, el desfase, aunque minúsculo, aumenta rápidamente y, en el caso de la navegación espacial, incluso un pequeño desfase podría tener efectos drásticos.

El nivel de estabilidad alcanzado en el nuevo reloj se traduce en una desviación de tiempo inferior a cuatro nanosegundos tras más de 20 días de funcionamiento.

En el ámbito astronáutico, como regla general, una incertidumbre de un nanosegundo en el tiempo corresponde a una incertidumbre de distancia de aproximadamente un tercio de metro.

El trabajo con el actual modelo del reloj concluirá en agosto. A partir de entonces, los esfuerzos se concentrarán en un nuevo modelo, más avanzado, que, entre otras cosas, volará a bordo de la futura sonda espacial VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) rumbo a Venus. (Fuente: NCYT de Amazings)