La Nasa prepara la navegación del futuro

Hace ya tiempo que la NASA decidió centrar sus esfuerzos en la división de tecnología, dejando con cierta sensación de abandono a los miembros de la división científica. Los últimos proyectos presentados por la agencia se enmarcan dentro de este proceso de cambio, encaminado a que la NASA dé un salto tecnológico cualitativo, que le permita abordar la exploración espacial a grandes distancias en condiciones óptimas de comunicación y, lo que es más importante, a un coste mucho más reducido.

Con esta finalidad la NASA ha presentado tres proyectos. Tres demostraciones de tecnología que, según asegura la propia agencia, "transformarán las comunicaciones espaciales, la navegación en espacio profundo y las capacidades de propulsión". Para ello se invertirán algo más de 120 millones de euros, de los que la mayor parte irá destinada a un sistema de comunicación mediante láser. Las otras dos misiones planificadas corresponden a una gigantesca vela solar, la más grande construida hasta la fecha, y un reloj atómico de alta precisión, fundamental para realizar maniobras de posicionamiento en el espacio.

Multiplicarán por cien la velocidad de transmisión de datos en el espacio

Cada uno de los tres equipos de investigación asociados a los proyectos dispondrá de una nave que despegará entre 2015 y 2016, con la que podrán operar durante un periodo aproximado de entre uno y dos años. Si las misiones tienen éxito, la NASA incluirá los avances tecnológicos en sus futuros viajes espaciales, especialmente en los dedicados a la exploración de Marte.

Más datos y velocidad

Construirán una vela solar de más de 1.500 metros cuadrados

De los tres proyectos que la NASA va a desarrollar, el sistema de comunicación óptico es el que se llevará la mayor parte del presupuesto. Según ha anunciado la agencia estadounidense, la tecnología de comunicación láser será necesaria para "llevar a cabo misiones espaciales complejas que requieran gran intercambio de datos". La ventaja de este tipo de comunicación con respecto a la que se realiza con ondas de radio, utilizada en la actualidad, es que "permite mayor capacidad, tanto en velocidad como en cantidad de datos transmitidos", utilizando un equipo más pequeño y ligero, según ha explicado el investigador Ingo Fischer, experto en comunicación óptica del Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos.

La principal pega de este tipo de comunicación está en que los dispositivos que quieran establecer contacto por láser tienen que verse mutuamente, con lo que cualquier perturbación atmósferica puede afectar a la señal. Sin embargo, "estos problemas se podrían salvar escogiendo adecuadamente la longitud de onda del láser", según explica Fischer.

En la actualidad, las comunicaciones de radio tienen un ancho de banda reducido. La sonda estadounidense MRO que se encuentra orbitando alrededor de Marte, tarda unos 90 minutos en transmitir una imagen de alta resolución. Según los planes de la NASA, el primer objetivo será hacer que la comunicación sea unas 50 veces más rápida, lo que reduciría el tiempo de descarga de la misma imagen a apenas cinco minutos.

El reloj atómico permitirá mejorar el posicionamiento de las naves

La misión de la NASA no es la primera en intentar abordar este tipo de comunicación. En 2005, la misión Kirari, de la agencia espacial japonesa, JAXA, fue la primera en llevar a cabo un proyecto de comunicación por láser en el espacio. La sonda OICETS, equipada con un láser experimental, consiguió comunicarse con éxito con el satélite Artemis de la Agencia Espacial Europea, ESA, cuando ambos se encontraban separados por una distancia de más de 32.000 kilómetros.

El investigador principal del proyecto de la NASA, David Israel, del Centro Espacial Goddard (EEUU) ha declarado que lo que pretenden es "alcanzar una nueva era en las comunicaciones espaciales" e insiste en que los proyectos son "una pieza clave en el camino hacia un nuevo nivel de tecnología".

El impulso del Sol

Otro de los proyectos con el que la NASA pretende dar un salto tecnológico importante es el desarrollo de la mayor vela solar construida hasta ahora. Aunque en el pasado ya ha habido intentos de utilizar dispositivos de este tipo para propulsar naves en el espacio, la mayoría han resultado fallidos. Hasta la fecha la única nave que ha sido propulsada con éxito por una vela solar ha sido la sonda del proyecto IKAROS de la JAXA.

El funcionamiento de estos dispositivos se basa en el impulso que los fotones provenientes del Sol transfieren a la vela. Aunque el empuje dado por un solo fotón es extraordinariamente pequeño, la enorme cantidad de radiación que proviene del Sol, sería suficiente para mover una nave. Además, la aceleración producida es constante, con lo que la nave no dejará de aumentar su velocidad de forma progresiva, hasta superar las alcanzadas por cualquier sonda que utilice motores para propulsarse.

Una de las claves del proyecto presentado por la NASA, y que será desarrollado por la empresa L'Garde Inc., es su superficie. La vela que quieren desarrollar los investigadores tendrá una superficie de más de 1.500 metros cuadrados, "siete veces mayor a cualquiera que se haya realizado hasta ahora", afirman.

La NASA valora distintas aplicaciones para las velas solares. Una de las posibilidades es utilizarlas para reducir la acumulación de basura espacial. Las velas irían captando antiguos satélites que orbitan alrededor de la Tierra y los impulsarían fuera del campo gravitatorio terrestre. Sin embargo, los objetivos más ambiciosos son los que integran este tipo de dispositivos en misiones de exploración del sistema solar, especialmente aquellas que tienen como objetivo llegar a Marte. Desde otros países también se plantea el uso de este tipo de tecnologías. Recientemente un equipo de investigadores chinos ha propuesto la utilización de velas solares para desviar asteroides potencialmente peligrosos para nuestro planeta, como el Apophis.

Precisión absoluta

El último de los tres grandes proyectos tecnológicos de la NASA, el reloj atómico de espacio profundo, puede resultar menos impactante que los anteriores. Sin embargo, su importancia para la navegación espacial es crucial. "Lo que queremos conseguir es poner en órbita un reloj atómico que será cien veces más estable que los que llevan actualmente los satélites GPS", afirma Todd Ely, investigador del Instituto Tecnológico de California y principal responsable del proyecto. El reloj que Ely y su equipo están desarrollando "será extremadamente preciso y tendrá un retraso menor a un segundo por cada mil millones de años", afirma Ely.

En el campo de la física, los relojes atómicos, los más precisos que se conocen, se suelen utilizar para realizar medidas de precisión a escalas microscópicas, como las que permiten a los científicos del Gran Acelerador de Hadrones (LHC) comprender mejor la estructura de la materia al nivel de las partículas más pequeñas. En el mundo de la navegación, tanto en la Tierra como en el espacio, su uso tiene objetivos muy diferentes, pero exige igual nivel de precisión.

El posicionamiento de satélites en el espacio requiere conocer con exactitud lo que se conoce como tiempo de vuelo de una señal, dado que gracias a este parámetro se podrá medir la distancia o la posición en la que se encuentran. Cuando una nave opera en el espacio, el dato que conocemos es el tiempo que tarda una señal desde que es emitida por la propia nave, hasta que es recibida en tierra o por otro receptor que pueda estar también en el espacio. Teniendo en cuenta que el dato de la velocidad de la señal, que siempre se desplaza a la velocidad de la luz, es conocido, si se determina con precisión el tiempo utilizado por esta para alcanzar su objetivo, se puede calcular la distancia a la que se encuentra en ese momento la nave.

Hasta tal punto es necesario que la medida sea precisa, que un error de un nanosegundo, la millonésima parte de un milisegundo, podría suponer que la nave se desplace varios centímetros de la dirección deseada, lo que podría dar al traste con una misión espacial, provocando, en el peor de los casos, la pérdida de un satélite.

Este tipo de dispositivos también tienen interés desde un punto de vista científico. Ely afirma que el nuevo reloj supondrá una ventaja en diversos campos, entre los que destaca las investigaciones sobre campos gravitatorios y los estudios atmosféricos, donde el posicionamiento de las naves resulta fundamental. En cualquier caso, Ely asegura que "los datos que se podrán obtener gracias a estos relojes servirán para mejorar nuestros conocimientos sobre el Sistema Solar".