Sextantul vechi de 300 de ani care i-ar putea ajuta pe astronauți să se întoarcă acasă

Un instrument vechi de navigație maritimă ar putea veni în ajutorul astronauților în misiuni tot mai îndepărtate și mai periculoase.

Imaginează-ți că ești astronaut și zbori spre Marte. Dintr-o dată, are loc o avarie, iar toate sistemele electronice de navigație se defectează. Cum ai putea găsi drumul de întoarcere spre Pământ?

Pentru astronauții NASA, răspunsul ar putea fi un instrument de orientare inventat în urmă cu aproximativ 300 de ani: sextantul. Folosit de navigatorii de pe oceanele Terrei și de astronauții primelor misiuni spațiale, sextantul reprezintă o soluție de rezervă pentru misiunile spre Lună și, posibil, dincolo de aceasta, în cazul în care tehnologiile moderne nu mai funcționează.

În mod tradițional, sextantul este utilizat pentru măsurarea unghiului dintre corpuri cerești, precum stelele și planetele. Aceste măsurători permit calcularea poziției celui care navighează. În afară de rolul său de urgență, vechile tehnici de orientare după stele trezesc un interes tot mai mare în rândul inginerilor NASA, pe măsură ce oamenii se pregătesc să ajungă pe Marte și mai departe.

„Cu cât mergem mai departe, cu atât ne putem baza mai puțin pe unele dintre tehnologiile de navigație bazate pe Pământ”, precum sateliții, spune Greg Holt, managerul sistemului de navigație pentru nava Orion și pentru misiunile Artemis către Lună. „Prin urmare, trebuie să revenim din ce în ce mai mult la ceea ce aș numi tehnici clasice de navigație. Unele dintre acestea ne trimit la modul în care se naviga în secolele al XVI-lea, al XVII-lea și al XVIII-lea”, explică el.

În perioada navigației clasice, „trebuia să te uiți efectiv la stele pentru a-ți da seama unde te afli și pentru a stabili orientarea în raport cu acele corpuri cerești”, spune Holt. Aceste deprinderi pot fi esențiale în spațiul îndepărtat, „pentru că, odată ce ajungi suficient de departe de Pământ, acestea sunt unele dintre puținele repere pe care le mai ai”.

În plus, cunoașterea navigației după stele poate salva vieți. „Vrem să ne asigurăm că [astronautii] au o modalitate de a naviga în siguranță spre casă, dacă, dintr-un anumit motiv, pierd comunicarea cu Pământul”, subliniază Holt.

În 2018, Holt și echipa sa le-au cerut celor doi astronauți aflați la bordul Stației Spațiale Internaționale, Serena Auñón-Chancellor și Alexander Gerst, să testeze un sextant portabil. Ei au efectuat măsurători folosind ochiul liber și o mână cât mai stabilă.

„Am avut membri ai echipajului care au demonstrat folosirea unui sextant manual, ca mijloc de rezervă pentru navigație, în eventualitatea în care echipajul ar fi trebuit să se întoarcă de pe Lună după pierderea comunicațiilor”, spune Holt. „Dacă pierzi comunicațiile, pierzi și legătura de navigație radio cu Pământul, iar din acel moment ești pe cont propriu.”

Experimentul s-a bazat pe o istorie îndelungată a navigației. În anii 1960, NASA a adaptat pentru zborurile spațiale metodele străvechi de orientare după stele, deși, la început, astronauții nu erau pe deplin convinși că acestea vor funcționa.

Neil Armstrong, primul om care a pășit pe Lună, și-a amintit că „unul dintre lucrurile care mă preocupau atunci era dacă navigația noastră era suficient de precisă [...] dacă pierdeam comunicarea cu Pământul, indiferent de motiv, puteam să ne orientăm singuri folosind navigația cerească? Credeam că da, dar acestea erau deprinderi care nu fuseseră demonstrate”.

Răspunsul s-a dovedit a fi afirmativ. Armstrong și alți astronauți ai primelor zboruri au folosit cu succes sextanți și alte metode de observare cu ochiul liber, atât în mod obișnuit, cât și în situații de urgență.

În timpul zborului Gemini XII, din 1966, Buzz Aldrin a recurs la un sextant portabil și la o hartă, după apariția unei probleme la radar. Iar în timpul misiunii aproape dezastruoase Apollo 13, din 1970, Jim Lovell s-a folosit în mod celebru de observarea Pământului în ultima parte a călătoriei pentru a ajuta echipajul să ajungă acasă.

Experimentul realizat în 2018 la bordul Stației Spațiale Internaționale a avut, de asemenea, rezultate bune. Măsurătorile au fost suficient de precise pentru a indica faptul că un sextant portabil ar putea ajuta echipajul să se întoarcă pe Pământ în caz de urgență. Astronauții au spus și că sextantul a fost confortabil de utilizat în condiții de microgravitație, chiar mai ușor decât pe Pământ.

În timpul unei videoconferințe din Houston, Holt a prezentat un sextant negru. Instrumentul este, în esență, același dispozitiv vechi folosit de navigatorii maritimi, însă a fost modificat în câteva privințe pentru utilizarea în spațiu.

Marginile sale au fost rotunjite, de exemplu, pentru a preveni zgârierea accidentală a altor obiecte din navă. Instrumentul are și un sistem de prindere cu arici, care îi permite să fie fixat de peretele navei și împiedică plutirea lui prin cabină în condiții de microgravitație.

În rest, este exact același tip de dispozitiv pe care l-ai putea găsi la bordul unei nave obișnuite, aflate pe un ocean de pe Pământ, explică Holt.

La bordul navei Orion, astronauții folosesc o versiune modernă și sofisticată a sextantului, numită sistem de navigație optică. Aceasta reprezintă prima soluție de rezervă în cazul în care celelalte sisteme de navigație se defectează.

O cameră montată pe navă fotografiază stelele și planetele din jur, „făcând toate lucrurile pe care le-ar face un membru al echipajului cu sextantul”, spune Holt. Cu ajutorul tehnicilor de procesare a imaginilor, camera măsoară unghiurile dintre stele, unghiurile dintre stele și planete, precum și diametrul unei planete.

Valorile obținute sunt folosite apoi pentru calcularea automată a unor corecții de curs. În acest fel, nava poate determina dacă se află pe traiectoria corectă și poate ajusta direcția, atunci când este necesar.

„Pe nava Orion, sistemul de navigație optică funcționează ca soluție de rezervă și oferă o capacitate de navigație la bord în cazul în care se pierd comunicațiile și sprijinul pentru navigația de la sol, asigurat de pe Pământ”, spune Holt.

În timpul misiunilor Artemis, sistemul este activat în mod obișnuit aproximativ o dată pe zi. „Acest lucru ne permite să confirmăm că sistemul continuă să funcționeze și este într-o stare bună, precum și să colectăm imagini și date importante despre performanță pentru echipa noastră de proiectare”, explică el.

Totodată, sistemul oferă „o verificare suplimentară a soluției de navigație obținute prin urmărirea de la sol”.

Însă, dacă și această tehnologie avansată se defectează, intră în scenă sextantul portabil.

În timpul misiunii Artemis II spre Lună, care urma să aibă loc în aprilie, un sextant manual de urgență, asemănător celui prezentat de Holt, a fost ținut pregătit înainte de lansare. Dacă ar fi apărut o problemă la camerele sistemului de înaltă tehnologie, sextantul ar fi fost instalat în navă în ultimul moment.

Instrumentul nu este transportat în mod obișnuit la bordul navei Orion, deoarece nu este considerat echipament indispensabil. „Fiecare gram de masă contează atunci când efectuezi misiuni spațiale”, arată Holt.

Dacă o defecțiune gravă apare după lansare, în spațiu, astronauții nu vor avea, așadar, neapărat un sextant portabil la bord. Ei sunt însă instruiți să utilizeze și alte metode de orientare cu ochiul liber.

Una dintre acestea presupune observarea momentelor în care anumite stele dispar în spatele Pământului sau al Lunii. Aceste momente pot oferi un indicator aproximativ al poziției navei. Metoda nu este la fel de precisă precum sistemele moderne, dar poate fi utilă atunci când principalele instrumente nu mai funcționează.

Holt spune că familiarizarea cu instrumentul original este utilă și pentru inginerii NASA. În timp ce coordonează echipele care dezvoltă sisteme moderne, el se asigură că membrii acestora exersează folosirea unui sextant.

„Mă asigur că toți ies și exersează cu un sextant, astfel încât să înțeleagă elementele de bază, de unde provin toate aceste lucruri, precum și matematica și geometria din spatele lor”, spune el.

Există și alte tehnici de navigație vechi, dar încă folositoare astronauților moderni. De exemplu, stelele strălucitoare și ușor de recunoscut, precum și constelațiile care i-au ghidat de-a lungul istoriei pe navigatorii de pe mare, pot servi drept repere și în spațiu.

Motivul este simplu: oamenii le pot identifica ușor, indiferent dacă se află pe Pământ sau într-o navă spațială. Aceste repere nu depind de sateliți sau de legături radio și pot rămâne vizibile chiar și atunci când alte sisteme sunt indisponibile.

În cazul misiunilor spre Marte, reperele de navigație ar putea include și asteroizi, spune Holt. „I-am putea spune astronautului: ne așteptăm ca asteroidul să se afle la jumătatea distanței dintre cele două stele principale din constelația Gemeni. Privește în acea direcție, găsește asteroidul dintre cele două stele, efectuează măsurătorile, apoi compară rezultatele cu valorile așteptate și fă calculele.”

Dacă măsurătorile nu corespund, astronauții pot corecta traiectoria pentru a ajunge la destinația dorită. Procedura presupune observarea unor obiecte cunoscute, compararea poziției lor cu reperele cerești și folosirea calculelor geometrice pentru stabilirea direcției navei.

„Pentru mine, o parte din fascinația muncii mele este să văd cum toate aceste tehnici sunt legate între ele, de la primele forme de observare a stelelor de pe nave, până la modul în care încercăm să navigăm spre Marte și chiar către locuri mai îndepărtate”, spune Holt.

Chiar și cele mai îndepărtate misiuni spațiale se bazează pe aceleași concepte fundamentale: observarea stelelor, analizarea obiectelor în raport cu stelele și folosirea relațiilor geometrice pentru a determina poziția navei.

„Indiferent dacă facem acest lucru manual, cu un băț, cu un sextant sau cu o cameră de înaltă tehnologie, mi se pare fascinant că multe dintre aceste tehnici sunt legate între ele și au aceleași origini și aceleași baze matematice”, afirmă Holt.