Relojes hiperprecisos: el corazón palpitante de Galileo

Galileo constellation
10 mayo 2007

Los viajeros han contado con un instrumento preciso para la medición del tiempo desde la aparición del cronómetro marino en el siglo XVIII. Galileo, el sistema de navegación europeo del siglo XXI, también depende de relojes, pero que son millones de veces más precisos que los de otras épocas.

Los satélites operativos Galileo llevarán dos tipos de relojes: máser pasivos de hidrógeno y estándar de frecuencia atómica de rubidio. Cada satélite estará equipado con dos maser de hidrógeno, uno servirá de referencia principal para la generación de señales de navegación y el otro se utilizará como reserva en frío (no operativo).

Todos los satélites operativos portarán también dos relojes de rubidio, uno hará las veces de reserva en caliente (continuamente en marcha) como apoyo del maser de hidrógeno operativo, con capacidad para sustituirlo de inmediato en caso de fallo y seguir emitiendo señales de manera ininterrumpida. El segundo reloj de rubidio actuará como reserva en frío.

GIOVE-A, el satélite de verificación en órbita de Galileo que ya se encuentra en servicio, lleva a bordo dos relojes de rubidio, uno operativo y otro de reserva en frío. GIOVE-B, cuya entrada en servicio está prevista para finales de este año, llevará a bordo un reloj maser de hidrógeno y dos de rubidio, uno como reserva en caliente y otro en frío. El satélite GIOVE-A2, que estará listo para su lanzamiento en la segunda mitad de 2008, dispondrá de una carga similar a la del GIOVE-A para la medición del tiempo, pero transmitirá señales de navegación adicionales.

Passive hydrogen maser under test
Passive Hydrogen Maser under test

Los maser pasivos de hidrógeno de Galileo ofrecen una precisión que ronda el nanosegundo (la milmillonésima parte de un segundo) cada 24 horas, lo que equivale a un retraso o un adelanto de un segundo cada 2,7 millones de años. Los relojes de rubidio tienen una precisión de 10 nanosegundos por día. En comparación, un reloj digital de pulsera normal ofrece una precisión aproximada de un segundo al día.

Los relojes maser pasivos de hidrógeno de Galileo serán aproximadamente mil millones de veces más precisos que un reloj digital de pulsera.

La necesidad de precisión

GIOVE-B in orbit (artist's impression)
GIOVE-B in orbit (artist's impression)

Conceptualmente, los usuarios de Galileo determinarán su posición mediante la medición del tiempo que tardan en llegar a ellos las ondas de radio transmitidas por los satélites de la constelación Galileo. Las ondas de radio viajan a una velocidad de unos 300 mil kilómetros por segundo, por lo que pueden cubrir una distancia de unos 0,3 metros en un nanosegundo. Por lo tanto, para poder ofrecer una precisión de navegación situada en el ámbito de un metro, las mediciones de tiempo de Galileo deben ejecutarse con una precisión que no supere el nanosegundo.

Como producto derivado de la necesidad de la navegación por satélite de mantener una medición precisa del tiempo, Galileo también podrá ofrecer servicios horarios de precisión que podrán emplearse, por ejemplo, para fijar el momento en que se realizan transacciones financieras.

Galileo es una iniciativa conjunta puesta en marcha por la ESA y la Comisión Europea. Cuando se despliegue por completo en los primeros años de la próxima década, será el primer sistema civil de posicionamiento que ofrecerá cobertura mundial.

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