Navegación de naves espaciales utiliza rayos X de estrellas muertas


Los restos de una estrella de neutrones colapsada, llamada púlsar, están cargados magnéticamente y giran desde una rotación por segundo hasta cientos de rotaciones por segundo. Estos cuerpos celestes, cada uno de 12 a 15 millas de diámetro, generan luz en el rango de longitud de onda de los rayos X. Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign desarrollaron una nueva forma en que las naves espaciales pueden usar señales de múltiples púlsares para navegar en el espacio profundo.

«Podemos usar rastreadores de estrellas para determinar la dirección a la que apunta una nave espacial, pero para conocer la ubicación precisa de la nave espacial, confiamos en las señales de radio enviadas entre la nave espacial y la Tierra, lo que puede llevar mucho tiempo y requiere el uso de un exceso de suscripción. infraestructura, como la Red del Espacio Profundo de la NASA», dijo Zach Putnam, profesor del Departamento de Ingeniería Aeroespacial de Illinois.

«El uso de la navegación por rayos X elimina esos dos factores, pero hasta ahora requería una estimación de la posición inicial de la nave espacial como punto de partida. Esta investigación presenta un sistema que encuentra candidatos para posibles ubicaciones de la nave espacial sin información previa, para que la nave espacial pueda navegar de forma autónoma. .»

“Además, nuestros sistemas de comunicación terrestre para misiones en el espacio profundo están sobrecargados en este momento”, dijo. «Este sistema le daría autonomía a la nave espacial y reduciría la dependencia en tierra. La navegación de púlsares de rayos X nos ayuda a evitar eso y nos permite determinar dónde estamos, sin llamar».

Putnam dijo que debido a que nuestra atmósfera filtra todos los rayos X, debes estar en el espacio para observarlos. Los púlsares emiten radiación electromagnética que parece pulsos porque medimos el pico en las señales de rayos X cada vez que el púlsar gira y apunta hacia nosotros, como el rayo de luz emitido por la baliza de un faro.

«Cada púlsar tiene su propia señal característica, como una huella dactilar», dijo. «Tenemos registros de los rayos X a lo largo del tiempo de los 2000 púlsares y cómo han cambiado con el tiempo».

Al igual que el Sistema de Posicionamiento Global, la ubicación se puede determinar a partir de la intersección de tres señales.

«El problema con los púlsares es que giran tan rápido que la señal se repite mucho», dijo. «En comparación, el GPS se repite cada dos semanas. Con los púlsares, si bien hay un número infinito de posibles ubicaciones de naves espaciales, sabemos qué tan separadas están estas ubicaciones candidatas entre sí.

Intersección de regiones con bandas de tres púlsares en 3D. Crédito: Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Illinois

«Estamos buscando determinar la posición de la nave espacial dentro de dominios que tienen diámetros del orden de múltiples unidades astronómicas, como el tamaño de la órbita de Júpiter, algo así como un cuadrado con mil millones de millas de lado. El desafío que estamos tratando de abordar es , cómo observamos inteligentemente los púlsares y determinamos por completo todas las ubicaciones posibles de naves espaciales en un dominio sin utilizar una cantidad excesiva de recursos informáticos», dijo Putnam.

El algoritmo desarrollado por el estudiante graduado Kevin Lohan combina observaciones de numerosos púlsares para determinar todas las posiciones posibles de la nave espacial. El algoritmo procesa todas las intersecciones candidatas en dos o tres dimensiones.

«Usamos el algoritmo para estudiar qué púlsares deberíamos observar para reducir el número de ubicaciones de naves espaciales candidatas dentro de un dominio dado», dijo Putnam. Los resultados mostraron que la observación de conjuntos de púlsares con períodos más largos y pequeñas separaciones angulares podría reducir significativamente la cantidad de soluciones candidatas dentro de un dominio determinado.

El estudio se publica en IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems.

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