Navegación Pulsar: pilotando aviones con la ayuda de las estrellas

Nave espacial con navegación GPS integaláctica pulsar

En días pasados, los capitanes navegaban sus barcos sobre los océanos con la ayuda de las estrellas. Siempre que los cielos no estuvieran nublados, este era un modo de navegación confiable y preciso. Hoy en día, esto ha sido reemplazado principalmente por GPS. Pero las estrellas pueden regresar pronto con la llamada navegación púlsar.

Primero discutimos la posibilidad de pulsar navigation en 2013. Para revisar rápidamente, los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente y emiten radiación electromagnética desde sus polos magnéticos. Dado que los polos magnéticos no están alineados con el eje de rotación, los haces barren el espacio con cada rotación. Aproximadamente mil púlsares conocidos golpean la tierra mientras lo hacen. Esto crea pulsos muy estables con períodos entre 1,4 milisegundos y 8,5 segundos. Según un octubre de 2014 estudio de factibilidad Dirigido por Henk Hesselink del Laboratorio Aeroespacial Nacional (NAL) en Amsterdam, las señales recibidas de los púlsares y sus posiciones conocidas pueden usarse para crear una alternativa al GPS. Los investigadores lo han llamado navegación por púlsar y lo están desarrollando principalmente para aviones.



Dado que no se necesitan satélites, la navegación de púlsares es confiable y relativamente económica. Los mil púlsares conocidos se distribuyen uniformemente en el cielo. Las señales de los púlsares se pueden recibir en todo momento y no están significativamente influenciadas por el clima. Aunque las señales están influenciadas por ruido artificial, interrumpir intencionalmente las señales es difícil. Los púlsares utilizan un rango de frecuencia mucho más amplio que los satélites GPS, mientras que las pocas frecuencias que utilizan los satélites GPS se pueden identificar y alterar más fácilmente.



La señal de un púlsar giratorio

Esta tecnología sería la primera aplicación directamente práctica de los radiotelescopios. Sin embargo, diseñar las antenas para recibir las señales es un desafío. Las señales de Pulsar son más de un millón de veces más débiles que las señales de GPS. Los primeros se pierden fácilmente en el ruido de fondo o se ven influenciados por nuestros propios dispositivos de telecomunicaciones y electromagnéticos, como las microondas. Hasta hace poco, solo los radiotelescopios grandes pueden distinguir entre los pulsos y el ruido. Estos telescopios utilizan múltiples antenas de arreglo en fase para monitorear múltiples frecuencias a la vez en una determinada dirección.



Para resolver este problema, NAL ha reunido a un consorcio de investigadores de universidades y laboratorios de investigación de Europa, con diversos antecedentes que abarcan áreas como la aeroespacial, la electrónica, las antenas y el procesamiento de señales. Su objetivo es recibir las señales del púlsar con antenas de matriz en fase más pequeñas que un centavo. Ya han logrado una localización confiable después de mejorar la estructura de las antenas, el procesamiento de señales y los algoritmos. Usando los púlsares con períodos de milisegundos, el consorcio pudo tomar alrededor de mil muestras por segundo, lo que les permitió distinguir el púlsar de manera confiable del ruido de fondo.

Los investigadores esperan mostrar pronto que la navegación con señal de púlsar producirá mejores resultados que la señal de GPS. El proyecto de investigación forma parte del Programa de Trabajo Europeo FP7 - Aeronáutica y Transporte Aéreo (AAT).

En marzo, DARPA anunció que está desarrollando una forma de Navegación GPS sin el uso de satélites también, aunque estaba menos claro en los detalles del proyecto.



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