Relógios hiper-exactos – o coração latente do Galileu

Galileo constellation
10 Maio 2007

Os viajantes confiaram em instrumentos de medição do tempo rigorosos para navegação desde o desenvolvimento do cronómetro marítimo no século XVIII. O Galileu, o sistema de navegação europeu do século XXI, também confia nos relógios – mas estes são milhões de vezes mais exactos do que os primeiros instrumentos de medição do tempo.

Os satélites operacionais do Galileu transportarão dois tipos de relógios – masers de hidrogénio passivos e padrões de frequência atómica de rubídio. Cada satélite estará equipado com dois masers de hidrogénio, um dos quais será a principal referência para gerar os sinais de navegação, funcionando o outro como reserva inactiva (não operacional).

Cada satélite operacional transportará também dois relógios de rubídio, um dos quais será um elemento de reserva activo (permanentemente em funcionamento) para o maser de hidrogénio operacional, que assumirá instantaneamente o comando em caso de falha do maser, permitindo que o sinal continue a ser gerado de forma ininterrupta. O segundo relógio de rubídio funcionará como elemento de reserva inactivo.

O GIOVE-A, o satélite de verificação em órbita do Galileu que está actualmente em funcionamento, transporta dois relógios de rubídio – um operacional e um de reserva inactivo. O GIOVE-B, que está projectado para entrar em funcionamento ainda este ano, transportará um maser de hidrogénio e dois relógios de rubídio, um de reserva activo e outro inactivo. O satélite GIOVE-A2, que estará pronto para lançamento na segunda metade de 2008, transportará uma carga útil de medição temporal semelhante à do GIOVE-A, mas transmitirá sinais de navegação adicionais.

Passive hydrogen maser under test
Passive Hydrogen Maser under test

Os masers de hidrogénio passivos do Galileu medirão o tempo com uma exactidão de cerca de um nanosegundo (um bilionésimo de segundo) em 24 horas – o equivalente a perder ou ganhar um segundo em 2,7 milhões de anos. Os relógios de rubídio apresentam uma exactidão de 10 nanosegundos por dia. Comparativamente, um relógio de pulso digital normal possui uma exactidão de cerca de um segundo por dia.

A exactidão dos relógios de masers de hidrogénio passivos do Galileu será cerca de mil milhões de vezes superior à de um relógio de pulso digital.

A necessidade de exactidão

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

Conceptualmente, os utilizadores do Galileu determinarão a sua posição medindo o tempo que as ondas de rádio transmitidas pelos satélites da constelação Galileu demoram a chegar até eles. As ondas de rádio propagam-se a cerca de 300 milhões de metros por segundo cobrindo, assim, uma distância de cerca de 0,3 metros num nanosegundo. Para proporcionar navegação com exactidões na ordem de um metro, as medições horárias do Galileu devem, por isso, ser feitas com uma precisão na ordem dos nanosegundos.

Como produto derivado da necessidade que a navegação por satélite tem de uma medição temporal rigorosa, o Galileu também será capaz de oferecer serviços horários de precisão que poderão ser usados, por exemplo, na associação de uma informação temporal a transacções financeiras.

O Galileu é uma iniciativa conjunta entre a ESA e a Comissão Europeia. Quando estiver totalmente desenvolvido, nos primeiros anos da próxima década, será o primeiro sistema de posicionamento civil a oferecer uma cobertura global.

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