Divulgación Usando PULSARs como GPSs en la navegación espacial interplanetaria

[Alriga]

El instrumento NICER (Explorador de la Composición Interior de las Estrellas de Neutrones), a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) tiene como tarea principal medir el tamaño de los púlsares para saber mejor cómo es la materia ultradensa de la que que están compuestos.

El pasado 11 de Noviembre, NICER realizó el experimento llamado SEXTANT (Explorador de la Estación para la Tecnología de Temporización y Navegación con Rayos X) con la intención de demostrar que una nave espacial puede utilizar los pulsos de las estrellas de neutrones para navegar por el espacio profundo sin instrucciones humanas: las nave triangularía su localización, como si se tratara de una especie de Sistema de Posicionamiento Global (GPS) cósmico, por medio de las señales de PULSARs lejanos que nos llegan con regularidad de reloj.

El experimento SEXTANT midió durante 36 horas los tiempos de llegada de los destellos de rayos X de cuatro púlsares. Se observaba cada una de esas balizas durante unos 5 -15 minutos antes de reorientarse automáticamente para mirar a la siguiente. Así se determinaron los minúsculos cambios en los tiempos de llegada de las señales mientras el experimento orbitaba alrededor de la Tierra; con esa información, NICER podía calcular por sí mismo su propia posición en el espacio. Midiendo los cambios en los tiempos de llegada de las pulsaciones, NICER determinó su propia localización con un margen de error de solo 5 kilómetros.

Según el estudio teórico en el que se ha basado el experimento, Towards practical autonomous deep-space navigation using X-Ray pulsar timing, con sencillos retoques ya sería posible obtener una precisión de 2 km en la posición de naves a una distancia de la Tierra de hasta 30 unidades astronómicas, (aproximadamente hasta la órbita de Neptuno)

Actualmente una nave espacial tiene que comunicarse con la Tierra regularmente para confirmar su posición, pero esa comunicación por medio de sistemas como la Red del Espacio Profundo de la NASA, formada por antenas parabólicas gigantes lleva tiempo, es cara y se va haciendo más difícil a medida que la nave se aleja de la Tierra. La navegación con púlsares les vendría bien a las naves espaciales que viajasen al sistema solar exterior, pues les permitiría realizar por su cuenta muchas tareas relativas a la navegación sin tener que esperar instrucciones. Esta técnica aportaría además una comprobación independiente del funcionamiento correcto de los sistemas ordinarios de navegación de la nave.

Fuente: NASA Team First to Demonstrate X-ray Navigation in Space

En pocos meses se espera repetir el experimento SEXTANT en la ISS para intentar conseguir una precisión en la posición de tan solo 1 km

Saludos.

[Richard R Richard]

Re: Usando PULSARs como GPSs en la navegación espacial interplanetaria

El experimento SEXTANT midió durante 36 horas los tiempos de llegada de los destellos de rayos X de cuatro púlsares.

Hola Tienen que ser minimo 4 porque si solo fueran 3 siempre se los puede ubicar en un único plano, y existen puntos en el espacio sobre cualquier recta normal a ese plano donde las fases de cada destello se repitan periódicamente, dando indeterminación en la posición, pero con 4 pulsar ubicados fuera de un mismo plano, la posición queda definida correctamente. Cuanto más precisa sea la información del periodo de cada pulsar, más precisa será la posición.

"La señal del primer púlsar detectado, PSR B1919+21, tenía un periodo de 1,33730113 s" ,así que son sumamente precisos y abundantes pues "hoy se conocen mas de 600 pulsar con periodos de rotación que van desde el milisegundo a unos pocos segundos, con un promedio de 0,65 s" Fuente wikipedia, con relojes atómicos normales con precisión de $\Delta t=\notcien{1}{-9}$s la precisión maxima quedaria en $c\Delta t=0.299m$ , pero como la precisión del periodo y duración del pico, es decir es $1.337s\pm 0.04s$

la distancia temporal entre dos pulsos consecutivos no esta exenta de error por ello

Se observaba cada una de esas balizas durante unos 5 -15 minutos antes de reorientarse automáticamente para mirar a la siguiente. Así se determinaron los minúsculos cambios en los tiempos de llegada de las señales mientras el experimento orbitaba alrededor de la Tierra; con esa información, NICER podía calcular por sí mismo su propia posición en el espacio. Midiendo los cambios en los tiempos de llegada de las pulsaciones, NICER determinó su propia localización con un margen de error de solo 5 kilómetros.

Sin leer las 4 señales en el mismo momento han sido muy afortunados.(leen y guardan en relación en base a la medida de un único reloj) Se acumula mucha información para que el calculo estadistico sea mas preciso,

El tema es que pudo determinar su posición, pero con respecto a que? , cuál ha sido el origen del sistema de referencia? hay dos formas , se midió la posición o el desplazamiento , es decir en otro sitio donde se conoce la posición por otro método se tiene que haber usado SEXTANT para establecer la posición del origen del sistema de referencia, o bien hacer una lectura con SEXTANT, establecer que los parámetros de esa lectura como origen de coordenadas, dejar pasar el tiempo y volver a medir ,tanto por este metodo como por telemetría y comparar lecturas. Que quiero decir con esto, que se tiene que contar con la información de los desfases temporales de cada señal en el origen del sistema de referencia, sino no hay forma de comparar futuras mediciones por adición de periodos, por mas precisa que se la medida.

[FONT=&amp]

Durante el experimento de dos días, la carga útil generó 78 mediciones para obtener datos de sincronización, que el experimento SEXTANT alimentó en sus algoritmos incorporados especialmente desarrollados para unir de forma autónoma una solución de navegación que reveló la ubicación de NICER en su órbita alrededor de la Tierra como estación espacial carga útil.[/FONT]

[FONT=&amp]El equipo comparó esa solución con los datos de ubicación recopilados por el receptor GPS integrado de NICER.[/FONT]

Es decir evaluó su posición en base a posiciones previas y compara el error en base a una trayectoria esperada, y sin el dato de los desfases[FONT=Helvetica Neue] en un determinado momento para la tierra, [/FONT]sería imposible dar la posición con respecto a la tierra....eso es lo que debe tener cargado el algoritmo.

Lo que interpreto es que para futuras misiones, se puede tomar el control en base a una medida muy precisa en la puesta a punto del sistema de referencia y separar la misión de la telemetría normal. Muy bueno realmente...

[Alriga]

Re: Usando PULSARs como GPSs en la navegación espacial interplanetaria

Este vídeo, obtenido el 8 de junio de 2018, muestra la "coreografía" del Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) de la NASA mientras estudia los púlsares y otras fuentes de rayos X desde su "percha" a bordo de la Estación Espacial Internacional. NICER observa y rastrea numerosas fuentes cada día, desde la estrella más cercana a nuestro Sol, Próxima Centauri, hasta fuentes de rayos X en otras galaxias. La película time-lapse, que representa el movimiento de un poco más de una órbita de 90 minutos, está acelerada 100 veces.

Un factor en los giros de NICER es el movimiento de los paneles solares de la estación espacial, cada uno de los cuales se extiende 34 metros. Mucho antes de que los paneles puedan invadir el campo de visión de NICER, el instrumento hace "piruetas" para apuntar con sus 56 telescopios de rayos X a un nuevo objetivo en el firmamento.

Los púlsares son estrellas de neutrones, son los núcleos aplastados que quedan cuando explotan estrellas masivas. Tienen más masa que el Sol concentrada en una esfera no más grande que una ciudad. El objetivo de NICER es descubrir más sobre los púlsares mediante la obtención de medidas precisas de su tamaño, que ayuden a determinar su composición interna. Además, una demostración de tecnología integrada, llamada Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology (SEXTANT), está allanando el camino para el uso de púlsares como balizas para un futuro sistema de orientación similar al GPS, que ayude a la navegación de las naves espaciales en el sistema solar, ... y más allá.

Saludos.

[Alriga]

El instrumento NICER (Explorador de la Composición Interior de las Estrellas de Neutrones), a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) tiene como tarea principal medir el tamaño de los púlsares para saber mejor cómo es la materia ultradensa de la que que están compuestos...

Diego Altamirano, astrofísico de la Universidad de Southampton que trabaja para la NASA nos habla en este vídeo en castellano del instrumento NICER a bordo de la Estación espacial Internacional.

Saludos.

[Alriga]

NICER ha observado la fusión de dos puntos calientes de un magnetar, (estrella de neutrones de alto campo magnético), algo que no se había visto nunca antes. Inicialmente había en la superficie de este magnetar (a 13000 años luz de nosotros), 3 puntos emisores de rayos X, que después de varias rotaciones de la estrella han acabado en solo dos debido al crecimiento, desplazamiento y fusión de un par de ellos.

Cada vez me parece más asombrosa la precisión que son capaces de alcanzar algunos instrumentos científicos, recordad que una estrella de neutrones tiene apenas 14 km de diámetro y ésta, está a nada menos que13000 años luz de nosotros.

Saludos.