Deep Space Atomic Clock (DSAC): GPS nello spazio

Ad oggi, una delle maggiori sfide del settore aerospaziale risulta essere la navigazione durante i viaggi spaziali: infatti, la comunicazione via radio tra equipaggio di un velivolo in orbita marziana ed il centro di controllo sulla Terra, per esempio, richiederebbe per la ricezione da 3 a un massimo di 22 minuti.
Un tale lasso di tempo influenzerebbe nettamente le probabilità di riuscita della missione. In questo contesto nasce il Deep Space Atomic Clock (DSAC), progettato e costruito dal JPL in Pasadena: esso fa parte del payload del Falcon Heavy (STP-2 – Space Test Program 2) lanciato lo scorso 25 Giugno.

Il satellite OTB (Orbital Test Bed) che ospita questo orologio atomico è stato correttamente inserito in LEO (Low Earth Orbit) circa 90 minuti dopo il lancio: la durata della missione sarà di circa 1 anno, in cui si verificherà l’effettiva stabilità dell’orologio in orbita. 

Questo piccolo strumento, pesante circa 16 chili, potrebbe permettere a un velivolo spaziale di navigare autonomamente nello spazio profondo, ricevendo un solo segnale radio dal sistema di grandi antenne della NASA (Deep Space Network) e determinando la sua posizione relativa attraverso un sistema di navigazione presente a bordo. 

FUNZIONAMENTO DEL DSAC

Il funzionamento è lo stesso del sistema di satelliti GPS.
Un orologio atomico misura il tempo rilevando, come tutti i comuni orologi, le vibrazioni dei cristalli di quarzo, fisse a un determinato voltaggio, convertendole in una frequenza che viene applicata a una serie di atomi; la chiave del funzionamento si basa sulla caratteristica degli elettroni di cambiare orbita a un preciso valore energetico.

Il DSAC utilizza ioni di mercurio che, a differenza degli altri elementi presenti, hanno una carica elettrica diversa da zero e possono essere contenuti all’interno di trappole elettromagnetiche per consentire l’utilizzo dell’orologio in un ambiente ostile, come lo spazio, e renderlo immune ai campi di forza esterni.
Durante i test nel vuoto, inoltre, è risultato 50 volte più stabile degli orologi atomici montati a bordo dei satelliti GPS, perdendo meno di un microsecondo ogni 10 anni.

Il successo di questa missione sperimentale risulta avere un ruolo cruciale per il programma di esplorazione del sistema solare e oltre.
La sua riuscita cambierebbe radicalmente lo sviluppo delle missioni da parte della NASA:

• A bordo del Gateway, futura stazione in orbita lunare e punto di partenza per le missioni sul pianeta rosso. Il DSAC potrebbe mandare segnali di posizione ad altri velivoli simultaneamente, al contrario del sistema di comunicazione radio attuale che permetteno un solo collegamento alla volta; consentirebbe, inoltre, lo sviluppo di un sistema di localizzazione indipendente sugli altri pianeti;
• Per lo studio dello spazio potrebbe rivelare, attraverso l’analisi dei campi gravitazionali, la composizione dell’atmosfera di un pianeta (per esempio, potrebbe verificare la presenza di oceani sotto la crosta delle lune di Giove);
• Potrebbe, infine, migliorare la stabilità dell’attuale sistema GPS usato sulla Terra, che richiede correzioni orarie circa 2 volte al giorno.