I quasar utilizzati come sistemi GPS nelle missioni spaziali

quasar GPS

Le missioni nello spazio profondo richiedono un sistema di navigazione precisa, in particolare quando ci si avvicina a pianeti quali Marte, Venere e Giove o ad oggetti celesti come le comete. Come rendere tali sistemi così precisi?

Innanzitutto è necessario avere a disposizione un veicolo spaziale in grado di raggiungere distanze fino a 100 milioni di chilometri dalla Terra. Per raggiungere questo livello di precisione, gli esperti dell'ESA hanno pensato di avvalersi dei quasar, ovvero gli oggetti più luminosi conosciuti nell'Universo. Questi farebbero da vero e proprio faro di avvistamento per una sofisticata tecnica nota come Delta-Differential One-Way Ranging o delta-DOR.

I quasar sono oggetti affascinanti che possono emettere mille volte l'energia di tutta la nostra Via Lattea. Questa luminosità prodigiosa proviene da una regione delle dimensioni del nostro Sistema Solare. Questi sono alimentati da buchi neri supermassicci, a volte miliardi di volte più massicci del Sole, e si nutrono di materia al centro delle loro galassie ospiti.

Dato che i quasar sono estremamente luminosi e lontani, possono essere utilizzati come punti di riferimento per la navigazione di veicoli spaziali. Nella tecnica delta-DOR, i segnali radio provenienti da un veicolo spaziale vengono ricevuti da due stazioni separate e situate sulla Terra, anche in aree opposte ed assai lontane. La differenza nei tempi di arrivo viene misurata con estrema precisione.

Successivamente, gli errori dovuti ai segnali radio che passano attraverso l'atmosfera terrestre vengono corretti dal monitoraggio simultaneo di un quasar, le cui coordinate sono note con precisione. "Affinché delta-DOR funzioni, il quasar e la navicella dovrebbero trovarsi entro i 10° se visti dalla Terra", afferma Markus Landgraf, del team di analisi di missione dell'ESA. "Ci sono circa 200 mila quasar conosciuti nella Sloan Digital Sky Survey e quasi nessuno di loro è un potenziale candidato ad essere utilizzato nella tracciabilità del delta-DOR".

Una volta che la posizione del veicolo spaziale derivata dalle stazioni sul nostro pianeta viene confrontata con quella già definita del quasar, gli ingegneri possono applicare le dovute e necessarie correzioni, offrendo una soluzione molto più accurata sulla posizione.

"La posizione del quasar definisce un sistema di riferimento. Questa consente agli ingegneri di migliorare la precisione delle misurazioni effettuate dalle stazioni terrestri e ottimizzare l'accuratezza della direzione della navicella nell'ordine di un milionesimo di grado", chiarisce Frank Budnik, un esperto di dinamica di volo dell'ESA.

Utilizzando i risultati del sistema delta-DOR, insieme alle misurazioni Doppler, derivati anch'essi dai segnali della navicella ricevuti sulla Terra, l'ESA può raggiungere una precisione di posizione del veicolo spaziale di appena alcune centinaia di metri ad una distanza di 100 milioni di chilometri.

Federica Vitale

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