NASA está próxima de navegar pelo espaço usando pulsares

Por , em 18.01.2018

O astrofísico Keith Gendreau e sua equipe de pesquisadores da NASA anunciaram que o conceito de navegação por pulsar foi comprovado com sucesso.

Isso significa que futuras naves da agência espacial norte-americana podem finalmente utilizar pulsares como um sistema de posicionamento cósmico.

O que é navegação por pulsar?

Um pulsar é uma estrela morta, distante e muito densa que emite pulsos de radiação com notável regularidade.

Esse sinal, de fato, é tão consistente que o primeiro detectado pelos astrônomos foi nomeado de LGM-1 – “little green man” ou “pequeno homem verde”. Não demorou muito, no entanto, para que cientistas detectassem mais sinais como o LGM-1, diminuindo a probabilidade de que eles fossem obra de extraterrestres inteligentes.

A identificação de outros pulsares, porém, foi importante por outra razão: esses objetos são tão regrados que os cientistas perceberam que eles podiam ser usados para navegar missões no espaço profundo.

Com os sensores e os algoritmos de navegação certos, uma nave poderia determinar de forma autônoma sua posição no espaço, ao sincronizar a recepção de sinais de pulsares múltiplos.

A prova de conceito

O conceito é tão atrativo que foi usado em diversas ficções científicas, como Star Trek. Agora, parece que finalmente vai se tornar matéria da realidade.

Gendreau e sua equipe realizaram uma demonstração do conceito em novembro passado, quando o Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER, um instrumento de medição de pulsares, atualmente a bordo da Estação Espacial Internacional) passou um fim de semana observando as emissões eletromagnéticas de cinco pulsares.

Com a ajuda de um instrumento conhecido como SEXTANT (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology), o NICER conseguiu determinar a posição da Estação na órbita da Terra com uma margem de erro de cerca de cinco quilômetros, enquanto viajava a mais de 27,3 mil quilômetros por hora.

No entanto, os maiores benefícios de navegação por pulsar não serão vistos na órbita terrestre baixa – existem maneiras mais precisas de rastrear a Estação Espacial Internacional, por exemplo -, e sim no caso de objetos mais distantes no espaço.

O DSN

As missões espaciais distantes de hoje navegam usando um sistema global de antenas de rádio chamado Deep Space Network (DSN).

Enquanto é bastante preciso, o DSN tem algumas limitações. Quanto mais longe uma nave espacial vai, menos confiável se tornam as medidas de localização do DSN, por exemplo. A rede pode detectar bem a distância, mas tem dificuldade em determinar a posição lateral da nave.

Missões distantes também significam que a viagem dessas ondas de rádio leva mais tempo para chegar na Terra e voltar para o espaço, reduzindo a velocidade em que os operadores das missões podem reagir por minutos, horas ou até dias.

Além disso, a rede está ficando saturada. Como um Wi-Fi sobrecarregado, quanto mais naves passeiam pelo espaço profundo, menor é a largura de banda que o DSN tem que dividir entre elas.

Vantagens da navegação por pulsar

A navegação por pulsar resolve essas limitações do DSN, em particular seu problema de banda larga. Uma nave espacial equipada para escanear o universo em busca de sinais de pulsares poderia calcular sua posição absoluta no espaço sem se comunicar com a Terra.

Isso, por sua vez, leva a um ganho valioso de tempo para executar manobras no espaço profundo.

Se uma nave espacial puder determinar sua localização no espaço independentemente da infraestrutura na Terra, os planejadores de missões já podem pensar em enviá-la para locais anteriormente impossíveis, como atrás do sol, por exemplo. Antes, era impraticável manobrar uma nave por lá, porque sinais de e para o DSN não podem atravessar a nossa estrela.

No futuro, missões nas margens do nosso sistema solar e além – como na nuvem de Oort – também poderiam realizar manobras em tempo real, com base em coordenadas autodeterminadas, sem ter que esperar pelas instruções da Terra, que certamente demorariam muito.

O DPS

Além dos pulsares, os pesquisadores estão estudando outras maneiras de navegação que não o DSN.

Por exemplo, Joseph Guinn, especialista em navegação espacial do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, está desenvolvendo um sistema autônomo que pode usar câmeras para detectar objetos, usando suas posições para definir as coordenadas de uma nave espacial.

Chamado de deep-space positioning system (DPS), o sistema funciona através da detecção de reflexões a partir de rochas espaciais, o cinturão de asteroides em órbita entre Marte e Júpiter. Essas reflexões imitam a função do Sistema de Posicionamento Global (GPS) no espaço profundo, com a sacada de que podem dizer onde uma nave espacial está em relação a um objeto de interesse.

A navegação por pulsar, ao contrário, só pode dizer a uma nave espacial sua posição absoluta no espaço. Pense na seguinte analogia: a navegação por pulsar pode lhe dizer onde você está dentro do seu escritório, enquanto o DPS pode lhe dizer que seu chefe está logo atrás de você.

Mas o DPS também tem suas desvantagens. Assim como o GPS, torna-se menos confiável quanto mais longe a nave estiver do cinturão de asteroides no sistema solar, e quanto menos luz houver para reflexões. Nestes casos, a navegação por pulsar é a única possibilidade, de acordo com Guinn, afinal, pulsares existem muito longe do nosso sistema solar.

Desafios

A solução ideal seria equipar as naves espaciais com todas essas formas de navegação, ou seja, com DSN, DPS e navegação por pulsar.

Se o DSN estiver sobrecarregado, ou se a nave espacial precisar navegar de forma autônoma em tempo real, o DPS pode assumir o controle. Se ficar muito longe e muito escuro para o DPS, a navegação por pulsar entra em cena.

O obstáculo óbvio para essa redundância é encontrar espaço para todo esse equipamento. Nas missões espaciais, cada grama conta. Mais peso requer mais combustível, e mais combustível requer mais dinheiro.

Apesar disso, Gendreau afirmou que os planejadores de missões manifestaram interesse em incluir a navegação por pulsar a bordo da nave espacial Orion da NASA, que será projetada para transportar seres humanos mais profundamente no espaço do que qualquer veículo na história, enquanto Guinn disse que um plano para incluir DPS na Orion já está em andamento e que a empresa privada SpaceX também está “muito interessada” no sistema. [Wired]

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