Uma das coisas mais difíceis para muitas pessoas conceituarem quando falam sobre quão rápido algo está indo é que elas devem perguntar: “Comparado com o quê?” Todo movimento só faz sentido a partir de um quadro de referência, e muitas espaçonaves que viajam nas profundezas do vazio carecem de qualquer referência regular a partir da qual possam entender o quão rápido estão indo. Existem várias técnicas diferentes para tentar resolver este problema, mas uma das que está em desenvolvimento há mais tempo é o StarNAV – uma forma de navegar no espaço usando apenas as estrelas.
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Vários projetos chamados “StarNAV” parecem estar em andamento em vários estágios de desenvolvimento, incluindo uma bolsa do Instituto de Conceitos Avançados da NASA para alguns pesquisadores na Costa Leste dos EUA e uma pequena empresa start-up baseada em tecnologia da UC Irvine. Neste caso, veremos o trabalho realizado pelos pesquisadores, particularmente um artigo que lançaram no ano passado detalhando alguns progressos em direção a um protótipo.
A tecnologia desenvolvida por Paul McKee do Rensselaer Polytechnic Institute, Hoang Nguyen e Michael Kudenov do estado da Carolina do Norte, e John Christian da Georgia Tech é baseada numa característica específica das estrelas conhecida como aberração estelar. Conforme definido na Teoria da Relatividade Especial, a aberração estelar ocorre quando a velocidade de um observador altera a distância aparente entre ele e uma estrela.
Esta técnica já foi usada antes; no entanto, apresentou amplas faixas de erro ao calcular a velocidade instantânea de uma espaçonave. Normalmente, as soluções existentes usariam um grande telescópio para medir com precisão uma propriedade conhecida como “ângulo entre estrelas” entre duas estrelas em um campo de visão relativamente estreito. Se for suficientemente preciso, alguma matemática bastante complexa pode produzir a velocidade de uma nave espacial a partir de apenas um ângulo entre estrelas.
Obter uma medição suficientemente precisa é a parte complicada. Para detectar com precisão a posição de uma estrela individual em um par entre estrelas, muitos telescópios precisam ter um campo de visão estreito (FOV). Esse FOV estreito significa que apenas uma estrela pode ser rastreada por telescópio, o que requer um segundo telescópio e um sistema de metrologia complicado para rastrear o alinhamento relativo desses telescópios.
Os pesquisadores do NIAC criaram um método para usar medições de ângulos entre estrelas um pouco menos precisas, mas medições múltiplas, e mais uma vez usando matemática sofisticada para calcular uma medição precisa de velocidade sem os complicados sistemas de rastreamento.
O sistema descrito no artigo da Acta Astronautica consiste em três telescópios diferentes deslocados entre si em ângulos conhecidos, cada um observando um par diferente de estrelas. Com estas três medições ligeiramente menos precisas, um algoritmo ainda pode calcular uma aberração estelar média e, portanto, uma estimativa razoável da velocidade da nave espacial.
Se já não houvesse matemática suficiente neste processo, os autores decidiram provar a precisão do seu sistema executando alguns experimentos usando o algoritmo de teste aleatório favorito de todos os matemáticos – uma simulação de Monte Carlo.
Embora tenham encontrado alguns fatores de confusão que devem ser tratados em um processo de calibração, a simulação provou que, pelo menos em teoria, o sistema funcionaria com precisão em comparação com as melhores soluções de FOV estreito atualmente disponíveis e seria muito mais barato e mais fácil de operar.
Numa prova final de conceito, os pesquisadores também modelaram o tamanho desse sistema. Eles o encaixam em um chassi CubeSat 3U – medindo cerca de 10 cm x 30 cm x 10 cm. E devido à modularidade dos designs dos CubeSats, pode ser possível anexar qualquer módulo a outro chassi como parte de uma missão completa.
Isso ainda não aconteceu e não parece que um protótipo completo deste sistema tenha sido construído ainda. Embora, como mencionado acima, exista uma start-up que procura comercializar tecnologia muito semelhante, embora principalmente para navegação terrestre como alternativa ao GPS – eles têm vários contratos militares, que estariam à procura de formas de continuar a navegação se o GPS acontecer de ser nocauteado pela ação inimiga.
À medida que mais e mais espaçonaves começam a se aventurar no espaço profundo, melhorar a forma como calculam sua velocidade se tornará um problema cada vez maior. StarNAV parece bem posicionado para fazer isso – só precisa de um empurrãozinho no estágio de prototipagem para chegar lá.
Publicado em Phys.Org
Traduzido por Mateus Lynniker
