¿Cómo pueden las naves espaciales navegar sin contacto con la Tierra?

Hay dos problemas aquí:

• ¿Dónde estoy (y cuál es mi vector de velocidad en algún marco inercial de interés)? ( Navegación ) ( eso es lo que supongo que estás preguntando )
• ¿Estoy volando perdidamente o viceversa (y qué tan rápido estoy rotando)? ( Determinación de la actitud )

Para la navegación :

El modo de pensar predominante considera que los púlsares de rayos X son la principal vía de avance. Esto se llama XNAV (navegación basada en púlsares de rayos X y determinación del tiempo).

El principio subyacente aquí es la estabilidad de los púlsares de milisegundos que emiten en el espectro de rayos X. Una combinación de conteos de pulsos de MSP conocidos se transforma en pseudo-rango y se resuelve en un filtro como cualquier otro problema TDOA (multilateración). Tenga en cuenta que es más difícil y requiere más tiempo que la navegación con GPS, donde las secuencias pseudoaleatorias transmitidas por satélites facilitan la eliminación de ambigüedades en la posición (los púlsares emiten los mismos pulsos en todas partes).

NICER: una batería de detectores de rayos X prevista para instalar en la ISS

Crédito: NASA.

Referencias:

• 2012 - Demostraciones de comunicación de rayos X y navegación Pulsar con la carga útil NICER en la ISS http://hdl.handle.net/2060/20120016975

• 1981 - Navegación usando púlsares de rayos X NTRS Doc.ID 19810018591 Chester, TJ, Butman, SA

Actualmente se conocen aproximadamente una docena de púlsares de rayos X que emiten fuertes pulsos estables con períodos de 0,7 a aproximadamente 1000 s. Comparando los tiempos de llegada de estos pulsos a una nave espacial y a la Tierra (a través de un satélite en órbita terrestre), se puede determinar una posición tridimensional de la nave espacial. Un día de datos de un pequeño detector de rayos X a bordo produce una posición tridimensional con una precisión de aproximadamente 150 km. Esta precisión es independiente de la distancia de la nave espacial a la Tierra. Las técnicas actuales para determinar las dos coordenadas de la nave espacial distintas de los ángulos de medición del alcance y, por lo tanto, se degradan con el aumento del alcance de la nave espacial. Por lo tanto, la navegación utilizando púlsares de rayos X siempre será superior a las técnicas actuales para medir estas dos coordenadas para naves espaciales suficientemente distantes. Actualmente, el punto de equilibrio se produce cerca de la órbita de Júpiter. El púlsar del Cangrejo también se puede utilizar para obtener una coordenada transversal con una precisión de aproximadamente 20 km.

Para la determinación de la actitud , los rastreadores de estrellas son y serán suficientes en el futuro previsible.

Multimedia relacionada:

• Vídeo de GSFC sobre SEXTANT/NICER

Este es actualmente un problema sin resolver. Además de los púlsares de rayos X descritos por Deer Hunter, la NASA financió un estudio sobre el uso de exoplanetas como fuente de datos de navegación :

Esta propuesta presenta un innovador sensor de hardware de seguimiento de estrellas que permite el cálculo autónomo de la órbita de una nave espacial mediante el empleo de técnicas de espectroscopia Doppler y astrometría. El rastreador de estrellas avanzado propuesto proporciona capacidades de autodeterminación de la órbita del espacio profundo a bordo mediante el uso de estrellas de referencia especializadas que tienen compañeros exoplanetas. El movimiento de los exoplanetas alrededor del baricentro de una estrella de referencia proporciona un patrón de señal natural estable y altamente predecible. Un rastreador avanzado de estrellas de exoplanetas mejora las capacidades de misión para futuros vehículos espaciales tripulados y no tripulados, además de reducir los requisitos y recursos de seguimiento de la red de espacio profundo (DSN).

Sin embargo, esto está lejos de estar listo:

Nivel de preparación tecnológica estimado (TRL) al comienzo y al final del contrato:
Comienzo: 2
Final: 3 (es decir, está en la fase de 'investigación para probar la factibilidad')