Há meio século , os astrônomos observaram seu primeiro pulsar: uma estrela morta, distante e ridiculamente densa que emitia pulsos de radiação com notável regularidade.

O sinal do objeto era tão consistente que os astrônomos diziam em tom de brincadeira que o LGM-1, era sinal de “pequenos homens verdes”.

Não demorou muito para que cientistas detectassem mais sinais como o LGM-1. Isso diminuiu a probabilidade de que esses pulsos de radiação fossem o trabalho de extraterrestres inteligentes. Mas a identificação de outros pulsares apresentou outra possibilidade: talvez objetos como LGM-1 possam ser usados para navegar em futuras missões no espaço profundo.

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

O conceito era tão sedutor que, ao projetar as placas de ouro a bordo da nave espacial Pioneer, Carl Sagan e Frank Drake escolheram mapear a localização do nosso sistema solar em relação a 14 pulsares.

“Mesmo assim, as pessoas sabiam que os pulsares podiam agir como balizas”, diz Keith Gendreau, um astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA. Mas, durante décadas, a navegação pulsar permaneceu uma teoria tentadora – um meio de navegação espacial profunda relegada para novelas de ópera espacial e episódios de Star Trek .

Então, pouco tempo atras Gendreau e uma equipe de pesquisadores da NASA anunciaram que finalmente comprovaram que os pulsares podem funcionar como um sistema de posicionamento cósmico. Gendreau e sua equipe realizaram a demonstração silenciosamente em novembro passado, quando o Neutron Star Interior Composition Explorer (um instrumento de medição de pulsar do tamanho de uma máquina de lavar, atualmente a bordo da Estação Espacial Internacional) passou um fim de semana observando as emissões eletromagnéticas de cinco pulsares. Com a ajuda de um aprimoramento conhecido como o Explorador de Estação para Tecnologia de Temporização e Navegação de Raio-X (também conhecido como Sextante), a Nicer conseguiu determinar a posição da estação na órbita da Terra em cerca de três milhas, enquanto viajava em mais de 17 mil milhas por hora.

Mas os maiores benefícios da pulsar navigation serão sentidos não na órbita terrestre baixa (há maneiras melhores e mais precisas de rastrear a nave espacial local a ISS), mas mais distantes do espaço. As missões espaciais profundas de hoje navegam usando um sistema global de antenas de rádio chamado Deep Space Network.

O DSN fornece informações de boa escala”, diz Gendreau, que serviu como investigador principal na missão Nicer. “Se você conhece a velocidade da luz e você tem relógios altamente precisos, pode fazer ping nessas espaçonaves e inferir a distância com muita precisão”.

Mas o DSN tem algumas limitações importantes. Quanto mais longe uma nave espacial chega, menos confiável são as medidas de localização do DSN; A rede pode detectar a distância sempre bem, mas luta para determinar a posição lateral da nave espacial. As missões distantes também levam mais tempo para fornecer ondas de rádio para satélites terrestres e mais tempo para receber instruções dos planejadores missionários aqui na Terra, reduzindo a velocidade em que podem reagir e operar por minutos, horas ou até dias. Além disso, a rede está se tornando rapidamente saturada; Como uma rede Wi-Fi sobrecarregada, quanto maior a nave espacial que traça um curso para o espaço profundo, menor será a largura de banda que o DSN terá que dividir entre eles.

Os stands de navegação do Pulsar abordam todas as deficiências do DSN, em particular seus problemas de banda larga. Uma nave espacial equipada para escanear as profundidades do espaço para balizas de pulsar poderia calcular sua posição absoluta no espaço sem se comunicar com a Terra. Isso liberaria capacidade de transmissão no DSN e ganharia um valioso tempo para executar manobras no espaço profundo.

“Tudo volta à palavra A: autonomia”, diz o Jason Mitchell da Nasa, um tecnólogo aeroespacial da Goddard e gerente de projetos do projeto Sextant. Quando uma nave espacial pode determinar sua localização no espaço, independentemente da infra-estrutura na Terra, “permite aos planejadores da missão pensar em navegar em locais que de outra forma não poderiam navegar”, diz ele. A navegação Pulsar pode permitir que a nave espacial realize manobras atrás do sol, por exemplo (os sinais de e para o DSN não podem cortar a nossa estrela principal).

No futuro mais distante, missões nas margens do nosso sistema solar e além – na nuvem Oort , por exemplo – poderiam realizar manobras em tempo real, com base em coordenadas autodeterminadas, sem ter que esperar pelas instruções da Terra.

Mas os pulsares não são a única maneira de encontrar o caminho do sistema solar distante. Joseph Guinn – um especialista em navegação espacial no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA que não está afiliado ao projeto Nicer – está desenvolvendo um sistema autônomo que pode usar câmeras para detectar objetos, usando suas posições para determinar as coordenadas de uma nave espacial. Ele o chama de um sistema de posicionamento em espaço profundo (DPS para breve), e funciona através da detecção de reflexões a partir de rochas espaciais na nuvem de asteróides orbitando entre Marte e Júpiter. (Essas reflexões imitam a função do Sistema de Posicionamento Global, a rede de satélites em órbita terrestre a uma altura de 12.540 milhas). Sua característica assassina é que ele pode contar uma espaçonave onde é relativa a um objeto de interesse. A navegação pulsar, ao contrário, só pode dizer a uma nave espacial sua posição absoluta no espaço. Pense nisso assim: a navegação Pulsar pode dizer onde você está dentro do prédio de escritórios, enquanto a DPS pode dizer que seu chefe está logo atrás de você.

Não obstante as medidas relativas ao destino, a DPS tem suas desvantagens. Assim como o GPS, o DPS torna-se menos confiável quando você está acima disso. “Se você ficar suficientemente longe no sistema solar, e você não pode ver nada porque a luz é tão diminuída, então você pode encontrar-se numa posição em que a navegação pulsar é o único jogo na cidade”, diz Guinn. Afinal, ele diz, os pulsares existem muito, muito longe do nosso sistema solar; “você não precisa se preocupar em se levantar acima daqueles”.

A solução ideal seria equipar a nave espacial para executar múltiplas formas de navegação: transmissores e receptores para se comunicar com a Rede do Espaço Profundo aqui na Terra; um sistema de posicionamento em espaço profundo; e um sensor de alta precisão como o Nicer para detectar e sincronizar a chegada das emissões de pulsar no espaço profundo. Se o DSN estiver sobrecarregado, ou se a nave espacial precisa navegar de forma autônoma em tempo real, o DPS pode assumir o controle.

Muito escuro para DPS? Pulsar nav pode pegar o bastão. Quando um sistema falha ou é empurrado além de seus limites, outro pode aliviá-lo de suas funções.

Há uma grande necessidade dessa redundância em sistemas críticos como a navegação. “A coisa agradável sobre a navegação pulsar é que funciona de forma muito independente de todos os outros métodos de navegação, que podem ser extremamente valiosos”, diz Gendreau.

Provavelmente é por isso que, segundo ele, os planejadores missionários manifestaram interesse em incluir a navegação pulsar a bordo da nave espacial Orion da NASA , que será projetada para transportar os seres humanos mais profundamente no espaço do que qualquer veículo na história. (Guinn diz que um plano para tornar o Orion capaz de posicionamento no espaço profundo também está em andamento e que o SpaceX também está “muito interessado nisso”).

O desafio, quando se trata de redundância, será encontrar espaço para todo esse equipamento. Nas missões espaciais, cada onça conta. Mais peso requer mais combustível, e mais combustível requer mais dinheiro. O observatório mais agradável, sozinho, é o tamanho de uma máquina de lavar roupa. Se a navegação pulsar quiser ganhar um lugar a bordo dos transportes espaciais, ele precisará perder alguns quilos.

[Wired]

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