Las futuras misiones al espacio profundo podrían dejar de depender de la Tierra para orientarse. Un nuevo estudio liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Politécnico de Milán, publicado en la revista Acta Astronautica, demuestra la viabilidad de la navegación autónoma de naves espaciales basada en púlsares de rayos X.
Este tipo de navegación, conocido como XNAV, propone utilizar objetos astronómicos extremadamente estables como referencia natural para posicionar naves en el espacio, especialmente en regiones donde sistemas como el GPS dejan de ser útiles.
Púlsares: estrellas que funcionan como faros naturales del cosmos
Los púlsares son estrellas de neutrones en rápida rotación que emiten señales periódicas y altamente estables. Debido a esta regularidad, pueden actuar como auténticos “faros cósmicos” capaces de servir como puntos de referencia en la navegación espacial.
El estudio analiza de forma sistemática qué púlsares podrían utilizarse de manera eficiente en misiones reales, teniendo en cuenta su brillo, estabilidad temporal y visibilidad desde distintas posiciones en el espacio.
Un sistema de navegación probado con datos reales de la NASA
Para evaluar el rendimiento del sistema XNAV, los investigadores han utilizado datos reales de la misión NICER de la NASA, un telescopio de rayos X instalado en la Estación Espacial Internacional y dedicado al estudio de estrellas de neutrones y agujeros negros.
A diferencia de trabajos anteriores basados únicamente en simulaciones teóricas, este estudio incorpora observaciones reales para estimar la incertidumbre del sistema.
“Utilizamos datos reales de observación para evaluar el rendimiento del sistema, lo que nos permite estimar de forma mucho más realista las capacidades de la navegación autónoma basada en púlsares”, explica Sui Chen, investigadora del Politécnico de Milán.
Cómo se calcula la posición de una nave en el espacio profundo
El sistema propuesto combina modelos dinámicos de movimiento con mediciones de rayos X mediante un algoritmo conocido como filtro de Kalman extendido, utilizado para estimar la posición de sistemas en condiciones de incertidumbre.
El estudio evalúa distintos escenarios, incluyendo la órbita terrestre baja y un viaje simulado desde la Tierra hasta Júpiter. Los resultados muestran que diferentes tipos de púlsares ofrecen ventajas complementarias: algunos proporcionan alta precisión a corto plazo, mientras que otros garantizan mayor estabilidad a largo plazo.
Precisión de kilómetros en órbita terrestre y autonomía en el espacio profundo
Entre los resultados más relevantes, los investigadores destacan que púlsares especialmente energéticos, como el Púlsar del Cangrejo (PSR B0531+21), pueden alcanzar precisiones inferiores a 7 kilómetros en órbita terrestre baja. Sin embargo, estos objetos presentan menor estabilidad a largo plazo.
En cambio, los púlsares de milisegundos, que giran en apenas unos milisegundos, ofrecen una navegación más estable en trayectorias prolongadas, aunque con menor precisión instantánea.
Hacia una navegación completamente autónoma fuera de la Tierra
El objetivo final de esta línea de investigación es desarrollar sistemas capaces de operar sin dependencia de infraestructuras terrestres, algo clave para futuras misiones interplanetarias o de exploración del espacio profundo.
“Queremos dar un paso importante hacia sistemas de navegación capaces de operar de manera autónoma en el espacio profundo”, explica Nanda Rea, investigadora del ICE-CSIC y del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya.
El proyecto, financiado por el Consejo Europeo de Investigación dentro del programa DeepSpacePULSE, busca avanzar hacia dispositivos de navegación que puedan integrarse en pequeños satélites y futuras misiones de exploración.
El futuro de la navegación espacial sin GPS
A largo plazo, este tipo de tecnologías podría permitir misiones más eficientes y autónomas, reduciendo la dependencia de la Tierra y facilitando la exploración del sistema solar y más allá.
Los próximos pasos incluyen mejorar los modelos de sincronización de púlsares, combinar múltiples fuentes de referencia y desarrollar prototipos de dispositivos XNAV en laboratorio.
