Avanço com tório-229: um cristal que aproxima os relógios nucleares da prática
Pesquisadores da Universidade de Xinjiang, na China, criaram um novo cristal que pode facilitar o desenvolvimento de relógios nucleares baseados no tório-229. Em perspectiva, esse tipo de relógio tem potencial para ser 10–1000 vezes mais preciso do que os relógios atômicos atuais e pode se tornar especialmente útil em cenários em que o GPS funciona mal - ou simplesmente não funciona.
Por que a precisão do tempo é central para a navegação
A tecnologia está ligada, antes de tudo, à medição de tempo com precisão extrema. A base de qualquer navegação moderna é o tempo: smartphones, sistemas por satélite e outras soluções calculam a posição a partir do intervalo que os sinais levam para chegar desde as fontes. Quanto mais exato for o relógio, mais precisa tende a ser a navegação.
Navegação inercial sem GPS e o impacto do erro de tempo
Em navegação sem GPS, o ponto de partida é conhecer ao menos as coordenadas iniciais. No caso de um submarino, por exemplo, isso pode ser a posição da base ou do local de partida. A bordo, giroscópios e acelerómetros (acelerômetros) estimam direção e velocidade. Para determinar o quanto a embarcação se deslocou, é necessário combinar velocidade e tempo - e esse é um ponto crítico: se a medição de tempo tiver baixa precisão, o erro nos cálculos cresce rapidamente; com um relógio superpreciso, o desvio permanece muito menor.
Em uma navegação autónoma (autônoma), o sistema recalcula continuamente as coordenadas e infere para onde o objeto se moveu, por quanto tempo e onde está no momento. Esse é o princípio da navegação inercial. Nessa abordagem, até um erro muito pequeno no tempo (por exemplo, 1 segundo) pode se transformar em quilómetros (quilômetros) de imprecisão ao longo de horas ou dias - algo especialmente relevante em plataformas como submarinos e veículos espaciais. Relógios nucleares atacam o problema ao oferecer maior estabilidade na marcação do tempo: assim, o erro acumulado cresce muito mais lentamente, permitindo permanecer por longos períodos sem GPS.
Como o GPS não funciona debaixo d’água, submarinos precisam emergir periodicamente para corrigir os parâmetros do sistema. Com relógios nucleares, um submarino poderia ficar semanas sem vir à superfície e ainda assim saber a própria posição com precisão. Para satélites, relógios desse tipo ajudariam a viabilizar uma navegação quase autónoma (autônoma).
Limitações do GPS e por que relógios nucleares podem ser mais robustos
Esse avanço chama atenção também porque o GPS é vulnerável a interferências, bloqueio (jamming) e falsificação/substituição de sinais (spoofing), além de não ser adequado para uso sob a água ou no subsolo. Para submarinos, foguetes e veículos de grandes profundidades ou espaciais, isso representa uma limitação importante.
A proposta dos relógios nucleares, em comparação com os relógios atômicos tradicionais, é ser menos sensível a temperatura, vibrações e campos magnéticos, já que o mecanismo se baseia em oscilações do núcleo atómico (atômico), e não apenas em transições eletrónicas (eletrônicas) externas.
O desafio do ultravioleta e o recorde em 145,2 nm
Um dos principais obstáculos era obter uma fonte de radiação ultravioleta superprecisa com comprimento de onda em torno de 148,3 nm, necessária para trabalhar com o tório-229. Segundo os pesquisadores, o novo cristal consegue converter luz laser em ultravioleta com comprimento de onda de 145,2 nm - um novo recorde que aproxima a tecnologia de uma aplicação prática.
Se esses relógios nucleares evoluírem para um instrumento funcional, poderão fornecer navegação autónoma (autônoma) mais confiável para submarinos, foguetes e veículos espaciais que precisam se orientar sem comunicação constante com a Terra. Eles não devem substituir o GPS por completo, mas podem reduzir de forma significativa a dependência do sistema.
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