La navigazione radio precisa, che utilizza le frequenze radio per determinare la posizione, è vitale per il successo di tutte le missioni di esplorazione dello spazio profondo. Per migliorare la tecnologia di navigazione, una piccola missione dimostrativa chiamata Deep Space Atomic Clock (DSAC) volerà come parte di una futura missione della NASA al fine di convalidare un orologio atomico a ioni di mercurio miniaturizzato e ultra preciso che è 100 volte più stabile di oggi migliori orologi di navigazione.
La missione è ora pronta per la revisione preliminare del progetto nel 2013 ed è programmata per volare come carico utile ospitato su un veicolo spaziale NEXT Iridium. Il lancio è previsto per il 2015.
La NASA afferma che la dimostrazione DSAC rivoluzionerà il modo in cui viene condotta la navigazione nello spazio profondo consentendo a un veicolo spaziale di calcolare i propri dati di temporizzazione e navigazione in tempo reale. Questa tecnologia di navigazione a senso unico migliorerebbe l'attuale sistema a due vie in cui le informazioni vengono inviate sulla Terra, richiedendo a una squadra di terra di calcolare i tempi e la navigazione e quindi di ritrasmetterle al veicolo spaziale. Una capacità di navigazione a bordo in tempo reale è la chiave per migliorare le capacità della NASA di eseguire eventi temporali, come un atterraggio planetario o un "flyby" planetario quando i ritardi del segnale sono troppo grandi perché il terreno possa interagire con il veicolo spaziale durante l'evento.
"L'adozione di DSAC nelle future missioni della NASA aumenterà la quantità di dati di navigazione e di scienza radio da due a tre volte, migliorerà la qualità dei dati fino a 10 volte e ridurrà i costi di missione spostando verso un'architettura di navigazione radio unidirezionale più flessibile ed estensibile", ha affermato Todd Ely, investigatore principale del Deep Space Atomic Clock Technology Dimostration presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California. Il progetto fa parte del programma Technology Demonstration Missions della NASA, gestito dal Marshall Space Flight Center di Huntsville, Ala., Per l'ufficio della NASA del capo tecnologo a Washington.
La navigazione nello spazio profondo unidirezionale abilitata da DSAC utilizza la Deep Space Network esistente in modo più efficiente rispetto all'attuale sistema bidirezionale, ampliando così la capacità della rete senza aggiungere nuove antenne o i relativi costi. Questo è importante, dal momento che la futura esplorazione umana dello spazio profondo richiederà più tracciamenti dalla rete dello spazio profondo di quanti possano essere attualmente forniti con il sistema esistente.
"La missione dimostrativa di volo dell'orologio atomico Deep Space farà avanzare questa tecnologia qualificata in laboratorio per renderla pronta al volo e renderà disponibile un pratico orologio atomico per una varietà di missioni spaziali", ha affermato Ely.
Gli orologi atomici a terra sono stati a lungo la pietra angolare della maggior parte della navigazione dei veicoli spaziali perché forniscono i dati di base necessari per un posizionamento preciso. DSAC fornirà la stessa stabilità e precisione per i veicoli spaziali che esplorano il sistema solare. Allo stesso modo in cui i moderni sistemi di posizionamento globale, o GPS, utilizzano segnali unidirezionali per abilitare i servizi di navigazione terrestre, l'orologio atomico Deep Space fornirà una capacità simile nella navigazione nello spazio profondo - con una precisione così estrema che i ricercatori saranno richiesti rendere conto con attenzione degli effetti della relatività, o del moto relativo di un osservatore e di un oggetto osservato, influenzati dalla gravità, dallo spazio e dal tempo. Gli orologi nel satellite basato su GPS, ad esempio, devono essere corretti per tenere conto di questo effetto, o le loro correzioni di navigazione iniziano a spostarsi.
In laboratorio, la precisione del Deep Space Atomic Clock è stata perfezionata per consentire una deriva di non più di un nanosecondo in 10 giorni, grazie al lavoro degli ingegneri della NASA presso JPL. Negli ultimi 20 anni, hanno costantemente migliorato e miniaturizzato l'orologio atomico della trappola agli ioni di mercurio, preparandolo per operare nel duro ambiente dello spazio profondo.
L'orologio aggiornato è un dispositivo atomico a ioni di mercurio in miniatura che il team DSAC volerà come carico utile su un orbita terrestre in un esperimento di un anno per convalidare la sua operabilità nello spazio e la sua utilità per la navigazione a senso unico.
"Un potenziale utilizzo di DSAC in una futura missione sarebbe un seguito all'Orbiter di ricognizione di Marte", ha affermato Ely. Il Mars Reconnaissance Orbiter della NASA è stato lanciato su Marte nel 2005 in una missione che includeva una missione per saperne di più sulla distribuzione e la storia dell'acqua di Marte - congelata, liquida o vapore. L'orbita ha completato la sua fase scientifica primaria nel 2008 e continua a lavorare in una missione estesa. Gli orologi atomici sono il metodo di cronometraggio più accurato conosciuto e sono utilizzati come standard primario per i servizi di distribuzione internazionale del tempo - per controllare la frequenza delle trasmissioni televisive e nei sistemi globali di navigazione satellitare come il Global Positioning System.
Per ulteriori informazioni, consultare il sito Web DSAC.
Fonte: Marshall Space Flight Center
