MADRID 28 maio (EUROPA PRESS) -
Um estudo liderado pelo Conselho Superior de Pesquisas Científicas (CSIC) e pelo Politécnico de Milão, publicado na revista Acta Astronautica, comprova a viabilidade da navegação de naves espaciais baseada em pulsares de raios X (XNAV, na sigla em inglês) no espaço profundo.
Atualmente, a maioria das missões espaciais depende de sistemas de orientação e rastreamento a partir da Terra, o que implica operações com intervenção humana e limitações associadas ao atraso nas comunicações. Os sistemas de navegação autônoma buscam reduzir essa dependência, especialmente em missões interplanetárias ou no espaço profundo, nas quais tecnologias como o GPS deixam de ser eficazes.
Os pulsares, estrelas de nêutrons que giram rapidamente e possuem um intenso campo magnético, emitem sinais periódicos e estáveis como “faróis cósmicos”, constituindo, portanto, uma fonte natural ideal para a navegação espacial.
Para avaliar a viabilidade e o desempenho da navegação autônoma de naves espaciais por meio de pulsares de raios X, ou seja, sem intervenção da Terra, o estudo apresenta uma abordagem sistemática e realista para a seleção de pulsares, levando em conta seu brilho, sua estabilidade temporal, sua configuração geométrica e suas limitações de visibilidade.
Além disso, a equipe utiliza dados de observação da missão NICER da NASA, um telescópio de raios X lançado em 2017 que estuda estrelas de nêutrons, buracos negros e outros fenômenos a partir de sua base a bordo da Estação Espacial Internacional, para avaliar, por meio de simulação, o desempenho de um sistema XNAV autônomo.
“Ao contrário de muitos estudos anteriores, utilizamos dados reais de observação para avaliar o desempenho do sistema, o que nos permite estimar de forma muito mais realista as capacidades da navegação autônoma baseada em pulsares”, afirma Sui Chen, pesquisadora de pós-doutorado do Politécnico de Milão e participante do estudo.
Este trabalho não se baseia apenas em modelos analíticos de ruído, mas utiliza dados reais para estimar a incerteza das medições. O estudo demonstra que a navegação autônoma de missões espaciais sem apoio terrestre é viável, em particular para missões no espaço profundo, além de nossas órbitas terrestres, onde não há sistemas tradicionais de posicionamento, como o GPS.
“O desafio não consiste simplesmente em identificar os pulsares mais brilhantes, mas em determinar a combinação ideal de fontes capaz de proporcionar um desempenho de navegação preciso, exato e estável ao longo de toda a missão”, afirma Emilie Parent, ex-pesquisadora de pós-doutorado do CSIC no Instituto de Ciências Espaciais (ICE).
UMA ALTERNATIVA VIÁVEL PARA O FUTURO DA EXPLORAÇÃO ESPACIAL
O sistema de navegação XNAV foi testado utilizando um filtro de Kalman estendido (um algoritmo para estimar o estado da espaçonave combinando um modelo dinâmico com medições externas em condições de incerteza) em dois cenários distintos. O primeiro: em órbita terrestre baixa; e o segundo: viagem da Terra a Júpiter. Além disso, a equipe utilizou os dados da missão NICER para construir perfis de pulsos de pulsares realistas e para estimar as incertezas de medição com base em simulações construídas a partir de dados reais, extrapolando para vários tipos de futuros detectores de raios X.
Os resultados mostram que os pulsares que emitem grandes quantidades de energia, como o pulsar do Caranguejo (PSR B0531+21), localizado na nebulosa do Caranguejo, podem atingir alta precisão (abaixo de 7 quilômetros em órbita terrestre baixa), mas apresentam baixa estabilidade a longo prazo. Por outro lado, os pulsares de milissegundos (com períodos de rotação entre 1 e 10 milissegundos) oferecem maior confiabilidade a longo prazo, em detrimento de uma menor precisão de navegação.
Este trabalho apresenta um estudo sistemático do desempenho da navegação, que avalia a precisão de posicionamento alcançável em diferentes faixas de área efetiva dos instrumentos. Isso proporciona um estudo realista para começar a desenvolver dispositivos XNAV que serão utilizados em pequenos satélites.
“Queríamos dar um passo importante em direção a sistemas de navegação capazes de operar de forma autônoma no espaço profundo por longos períodos, onde a dependência de infraestruturas terrestres é cada vez mais limitada”, afirma Nanda Rea, pesquisadora do ICE-CSIC e do Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), e coautora do estudo.
Este trabalho, desenvolvido inteiramente no ICE-CSIC, foi cofinanciado por uma bolsa Proof of Concept (PoC) do Conselho Europeu de Pesquisa (ERC) concedida ao projeto DeepSpacePULSE, liderado pela astrofísica Nanda Rea. Este projeto tem como objetivo estudar a viabilidade da navegação autônoma utilizando raios X emitidos por pulsares, tornando esses dispositivos de posicionamento por satélite competitivos tanto no mercado espacial público quanto no privado.
Este artigo contribui para o desenvolvimento de tecnologias de navegação autônoma para a exploração espacial, reduzindo a dependência de sistemas terrestres. A longo prazo, isso pode viabilizar missões mais eficientes no espaço profundo, tanto para a exploração planetária quanto para viagens interplanetárias.
No futuro, os estudos nessa área se concentrarão em melhorar os modelos de sincronização de pulsares, combinar múltiplos pulsares para maior robustez e integrar os sistemas XNAV com outros sistemas de navegação.
Além disso, será construído nos laboratórios do ICE-CSIC um primeiro protótipo de engenharia do dispositivo com todos os seus componentes. “Isso abre caminho para a navegação totalmente autônoma de naves espaciais em missões no espaço profundo, onde nenhum outro sistema de navegação pode ser eficaz a longo prazo”, conclui Rea.
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