Un GPS lunar es la próxima tarea de las agencias espaciales internacionales
El sueño de pasear por la Luna hasta la cafetería Lunabucks local es realmente tentador, pero hay algunos rompecabezas complicados que deben resolverse para garantizar que un sistema GPS lunar funcione. Para empezar, los científicos tienen que responder a la pregunta básica: ¿Qué hora es en la Luna? La respuesta no es sencilla. Las misiones lunares siempre tienen en cuenta los ciclos de la noche y el día lunares, cada uno de los cuales dura dos semanas, pero actualmente no existe en la Luna una escala de tiempo estándar similar al sistema del Tiempo Universal Coordinado que hace que los relojes funcionen a la par aquí en la Tierra.
El cronometraje de precisión es la principal innovación que ha permitido el auge de los sistemas mundiales de navegación por satélite (GNSS); categoría que incluye las constelaciones estadounidense GPS, china BeiDou, rusa GLONASS y europea Galileo. Los satélites de estas redes llevan relojes atómicos que resuelven el tiempo con una precisión de unas milmillonésimas de segundo. Las posiciones en la Tierra se calculan basándose en los tiempos de tránsito de las señales de los satélites a los receptores terrestres; una medición del tiempo que se desvíe solo un nanosegundo produce un error de distancia de 30 centímetros. Por este motivo, una alta precisión temporal es fundamental para los servicios de geolocalización precisos que proporciona el GNSS, y también será clave para cualquier futuro análogo en la Luna.
Es difícil mantenerse en forma en condiciones de baja gravedad. He aquí una solución sencilla, utilizando la física de Einstein y un viejo truco de feria.
Medir el tiempo en el que llegarás a tu destino
En la Luna, los relojes funcionan un poco más rápido que en la Tierra. La diferencia es una consecuencia de la relatividad general, que muestra que el flujo del tiempo se ralentiza en los objetos masivos. La Luna es menos masiva que la Tierra, por lo que los relojes atómicos de su superficie funcionan más rápido.
Para hacer frente a este problema, Patla y su colega Neil Ashby, también físico del NIST, calcularon el «desfase de velocidad» entre los relojes de la Tierra y la Luna en un estudio publicado el mes pasado en la revista Astronomical Journal. Ambos descubrieron que los relojes de la Luna se adelantan a los de la Tierra en unos 56 microsegundos cada día. El movimiento relativo de la Luna tiene el efecto contrario sobre los relojes, ralentizándolos ligeramente, pero este factor no es lo suficientemente pronunciado como para anular los efectos gravitatorios que aceleran los relojes.
«Un buen reloj en la Tierra perderá un segundo, más o menos, cada 14,000 millones de años, la edad del universo», calcula Patla. Pero en la Luna, un reloj perderá un segundo aproximadamente cada 50 años en comparación con un reloj en la Tierra, si no se corrige. «Si comparamos el alcance, se trata de un gran efecto».
El nuevo trabajo de Patla y Ashby ha sentado las bases para una escala de tiempo lunar estándar, similar al estándar de tiempo UTC en la Tierra, que permitirá a los futuros nodos orbitales y terrestres en la Luna emitir marcas de tiempo sincronizadas necesarias para los servicios PNT de precisión.
La NASA pondrá en marcha la segunda misión CHAPEA, la cual registrará datos sobre salud, rendimiento físico y conducta de la tripulación. Esta información será útil para proyectar cómo deberá ser la exploración humana en Marte.
La navegación a través de LunaNet
Aún se está decidiendo la configuración exacta de estas futuras constelaciones lunares, incluido el número de satélites y sus órbitas lunares específicas. Actualmente, la NASA, la Agencia Espacial Europea (ESA) y la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) supervisan proyectos hermanos de constelaciones similares al GPS en los que participarían socios comerciales. Estos proyectos: Lunar Communication Relay and Navigation System de la NASA, Moonlight Initiative de la ESA y Lunar Navigation Satellite System de JAXA, están diseñados para adherirse a un marco interoperable denominado LunaNet.
«Me refiero a LunaNet como ‘el gran paraguas’, es una arquitectura que define las normas que se van a utilizar para las comunicaciones interoperables y los servicios de posición, navegación y temporización. Hay un gran esfuerzo en marcha para definir esas normas y documentarlas en una especificación de interoperabilidad de LunaNet», añade Gramling.