Se você quiser saber onde está no espaço, é melhor trazer um mapa. Mas é um pouco mais complicado do que andar de espingarda em uma viagem em família.
A navegação de espaçonaves além da órbita da Terra geralmente é realizada pelo controle de missão. Uma série de matrizes de comunicação de rádio em todo o planeta, conhecidas como Deep Space Network, permite que os operadores verifiquem as sondas espaciais e atualizem seu status de navegação. O sistema funciona, mas poderia ser melhor. E se uma espaçonave pudesse determinar sua posição de forma autônoma, sem precisar telefonar para casa? Esse é um sonho dos engenheiros aeroespaciais há muito tempo e está próximo de se concretizar.
Os pulsares são a chave.
Os pulsares são estrelas de nêutrons em rotação – os núcleos ultradensos de estrelas supergigantes explodidas – que emitem jatos de radiação eletromagnética de seus pólos. Eles agem como faróis interestelares que repetidamente enviam sinais de rádio sobre a Terra em um ritmo confiável. O primeiro pulsar foi descoberto por Jocelyn Bell em 1967 e foi apelidado de LGM-1 (Little Green Men 1), porque até que um segundo fosse descoberto, a inteligência extraterrestre não poderia ser descartada como a causa do pulsar. Agora, sabemos de milhares e estamos confiantes de que são fenômenos naturais.
Como os feixes de pulsar são tão previsíveis, eles podem ser usados para uma espécie de triangulação, na qual uma espaçonave que recebe sinais de pulsar sobrepostos deve ser capaz de calcular sua posição no espaço em cerca de 5 a 10 quilômetros.
A base teórica deste método é sólida. Tanto é assim que os registros de ouro (cápsulas do tempo da Terra e da cultura humana) que foram anexados ao lado das espaçonaves Voyager e Pioneer na década de 1970 indicavam graficamente a posição de nosso sol em relação a 14 pulsares, apenas no caso de algum LGM tropeçar a espaçonave e quer nos visitar aqui na Terra. Nós lhes demos instruções.
NICER, um protótipo de sistema de navegação pulsar instalado no exterior da Estação Espacial Internacional. Crédito: NASA
Mas se os pulsares são uma forma tão eficaz de navegação, por que ainda não estão em uso? Afinal, os estudos sobre o assunto estão em andamento desde a década de 1970, quando o Laboratório de Propulsão a Jato começou a estudar a perspectiva.
Em todas as missões espaciais, uma das principais considerações é o peso. É caro lançar coisas no espaço, então cada quilo em cada veículo tem que contar. Qualquer sistema de navegação por pulsar viável teria que ser muito pequeno e muito leve, caso contrário instrumentos científicos importantes ou combustível para propulsão poderiam ter que ser reduzidos para compensar isso. Esta é uma barreira significativa para projetar um sistema de navegação pulsar viável. Os pulsares são geralmente fontes pontuais incrivelmente fracas, tornando-os difíceis de detectar sem equipamento poderoso (pesado), especialmente em frequências de rádio.
Felizmente, existe uma solução que pode torná-lo viável: usar um telescópio de raios-X. Estes podem ser menores e mais leves, e ainda podem captar sinais de pulsar tão bem quanto uma antena de rádio.
Nos últimos anos, os astrônomos têm trabalhado para melhorar os métodos pelos quais uma espaçonave processa sinais de pulsar, aumentando a eficiência do sistema e diminuindo as margens de erro. O hardware foi testado até na Estação Espacial Internacional, onde o experimento NICER/SEXTANT, do tamanho de uma máquina de lavar, rastreou com sucesso a localização da estação usando pulsares desde 2018.
Agora, as equipes estão trabalhando no desenvolvimento de hardware ainda mais compacto para missões no espaço profundo. Uma pré-impressão lançada no arXiv no mês passado descreve um protótipo de unidade de navegação chamada PODIUM, que pesará apenas 6 kg, usará 20 W de potência e caberá em uma caixa de 15 cm por 24 cm por 60 cm. Os resultados iniciais são promissores. O PODIUM deve ser capaz de determinar a posição de uma espaçonave em um raio de cerca de 10 km, usando sinais de raios-X de um catálogo de pulsares.
Em breve, esses protótipos podem se tornar reais, guiando a próxima geração de sondas espaciais para seus destinos. É provável que eles também guiem espaçonaves de classificação humana, com a próxima estação espacial Lunar Gateway da NASA prevista para ser equipada com um sistema de navegação pulsar. Estamos à beira de uma navegação autônoma no espaço profundo: como o GPS, mas para a galáxia.
Fonte: phys.org
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