Los científicos e ingenieros están utilizando la Estación Espacial Internacional para desarrollar la navegación basada en el púlsar utilizando estos faros cósmicos para ayudar a encontrar caminos en la Luna bajo el programa Artemis de la NASA y en futuras misiones humanas a Marte.
Los púlsares, o estrellas de neutrones que giran rápidamente, son los restos extremadamente densos de estrellas que explotaron como supernovas. Emiten fotones de rayos X en haces brillantes y estrechos que barren el cielo como un faro cuando las estrellas giran. Desde una gran distancia parecen pulsar, de ahí el nombre de púlsares.
Un telescopio de rayos X en el exterior de la estación espacial, el Explorador de Composición Interior de la estrella de neutrones o NICER , recoge y marca la llegada de la luz de rayos X de las estrellas de neutrones a través del cielo. El software incorporado en NICER, llamado Station Explorer para la tecnología de sincronización y navegación de rayos X o SEXTANT , está utilizando las balizas de los púlsares para crear un sistema similar al GPS. Este concepto, a menudo denominado XNAV, podría proporcionar una navegación autónoma en todo el sistema solar y más allá.
“El GPS utiliza señales sincronizadas con precisión. Las pulsaciones de algunas estrellas de neutrones son muy estables, algunas incluso tan estables como los relojes atómicos terrestres a largo plazo, lo que las hace potencialmente útiles de manera similar ", dice Luke Winternitz, investigador del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.
La estabilidad de los pulsos permite predicciones muy precisas de su hora de llegada a cualquier punto de referencia en el sistema solar. Los científicos han desarrollado modelos detallados que predicen con precisión cuándo llegaría un pulso, por ejemplo, al centro de la Tierra. El cronometraje de la llegada del pulso a un detector en una nave espacial, y comparándolo con cuando se prevé que llegue a un punto de referencia, proporciona información para navegar mucho más allá de nuestro planeta.
"La información de navegación proporcionada por los púlsares no se degrada al alejarse de la Tierra, ya que los púlsares se distribuyen por toda nuestra galaxia, la Vía Láctea", dice el miembro del equipo SEXTANT Munther Hassouneh, tecnólogo de navegación.
"Efectivamente convierte la 'G' en GPS de Global a Galáctico", agrega el miembro del equipo Jason Mitchell, director de la División de Tecnología Avanzada de Comunicaciones y Navegación en el Programa de Navegación y Comunicación Espacial de la NASA. "Podría funcionar en cualquier parte del sistema solar e incluso transportar sistemas robóticos o tripulados más allá del sistema solar".
Los pulsos también se pueden observar en la banda de radio pero, a diferencia de las ondas de radio, los rayos X no se retrasan por la materia en el espacio. Además, los detectores de rayos X pueden ser más compactos y más pequeños que los platos de radio.
Pero debido a que los pulsos de rayos X son muy débiles, un sistema debe ser lo suficientemente robusto como para recopilar una señal suficiente para navegar. El gran área de recolección de NICER lo hace casi ideal para la investigación de XNAV. Un futuro sistema XNAV podría hacerse más pequeño, tamaño comercial para un mayor tiempo de recolección.
"NICER es aproximadamente del tamaño de una lavadora, pero podría reducir drásticamente su tamaño y volumen", dice Mitchell. "Por ejemplo, sería interesante instalar un telescopio XNAV en un pequeño satélite que pudiera navegar independientemente por el cinturón de asteroides y caracterizar los cuerpos primitivos del sistema solar".
Como se publicó en un artículo de 2018, SEXTANT ya ha demostrado con éxito la navegación basada en púlsar en tiempo real a bordo de la estación espacial. También estudió el uso de los púlsares para la sincronización del reloj y la hora y está ayudando a ampliar el catálogo de púlsares para usar como puntos de referencia para XNAV.
El equipo de SEXTANT también incluye a Samuel Price, Sean Semper y Wayne Yu en Goddard; Los socios del Laboratorio de Investigación Naval Paul Ray y Kent Wood; y el investigador principal de NICER Keith Gendreau y el líder científico Zaven Arzoumanian.
El equipo ahora está estudiando la navegación autónoma XNAV en la plataforma Gateway de la NASA como una técnica para apoyar las misiones tripuladas a Marte. Los astronautas también podrían usarlo para complementar las capacidades de navegación a bordo en caso de que necesiten regresar a la Tierra por su cuenta.
"La órbita de la puerta de enlace alrededor de la Luna de aproximadamente seis días y medio nos permitiría mirar los púlsares durante mucho más tiempo", dice Mitchell. “Ahí es donde entra el comercio; el instrumento es como un balde y usted está llenando ese balde con suficientes fotones de rayos X para generar una medición de cuándo llegó ese pulso. Podría tener un detector una fracción del tamaño de NICER ".
Este tipo de experimentos podría traer faros cósmicos para guiar a las naves espaciales a sus destinos un paso más cerca de la realidad.
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