China desarrolló un sistema de navegación basado en la observación de estrellas para mantener la orientación y navegación de vehículos hipersónicos cuando las sistemas de posicionamiento satelital (GPS) no estén disponibles. El proyecto, encabezado por la Guangdong Aerospace Research Academy, busca ofrecer una alternativa ante la pérdida, interferencia o bloqueo de sistemas como el chino BeiDou durante un vuelo a velocidades superiores a Mach 5. La tecnología se apoya en un sensor estelar que reconoce patrones de estrellas y los utilia como referencia para determinar la orientación del vehículo, aportando información independiente que puede combinarse con la navegación inercial. Según la academia, el proyecto superó su revisión final de expertos el 10 de agosto.
El concepto de observar el cielo y las estrellas para poder ubicarse es uno de los más antiguos en la historia de la navegación. Durante siglos, los navegantes determinaron su posición utilizando cuerpos celestes como referencias, mientras que las naves espaciales modernas emplean sensores estelares o star trackers para reconocer estrellas y calcular su orientación respecto de un sistema de referencia inercial.
China dispone desde hace años de experiencia en esta clase de instrumentos. La Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China (CASC) desarrolla sensores estelares de alta precisión para aplicaciones espaciales y navegación autónoma. Sin embargo, en este proyecto, el entorno en el que debe funcionar el instrumento es distinto. Un satélite observa las estrellas desde el vacío, mientras que un vehículo hipersónico se desplaza dentro de la atmósfera rodeado por gases extremadamente calientes y sometido a fuertes fenómenos aerodinámicos.
El prinipal desafío: el régimen hipersónico
El principal desafío aparece cuando vehículo supera Mach 5, unos 6.100 km/h. La enorme compresión y el calentamiento del aire producen una capa de gas a alta temperatura alrededor de su superficie y, bajo determinadas condiciones, regiones parcialmente ionizadas. Ese entorno genera radiación y altera la trayectoria de la luz que llega desde las estrellas. Para el sensor, la imagen se puede deformar, desplazar y quedar oculta por un fondo luminoso mucho más intenso.
Para resolver ese problema, el equipo chino desarrolló modelos que pueden predecir la radiación producida alrededor del vehículo y cómo ese entorno modifica la luz estelar antes de llegar al instrumento. Los investigadores construyeron dos bases de datos, una dedicada a la radiación termoquímica del aire caliente y otra a las interferencias de radiación inducidas térmicamente. Las simulaciones alcanzaron una resolución espectral de hasta 0,12 nanómetros y mantuvieron el error de simulación de la radiación por debajo del 18,9%.
A partir de esos modelos se construyó un prototipo de sensor estelar resistente a estas interferencias. Durante las pruebas logró reconocer correctamente los patrones de estrellas en más del 99% de los casos sin interferencia, mientras que bajo una fuerte radiación aerodinámica mantuvo una tasa superior al 80% y una precisión de medición de actitud mejor que cinco segundos de arco, equivalente a 0,0014 grados.
Un sistema de navegación integrado
Este nuevo sistema se integra además dentro de una arquitectura de navegación más amplia. Las armas supersónicas e hipersónicas generalmente emplean como sistema básico la navegación satelital con una unidad de navegación inercial, formada por acelerómetros y giróscopos que calculan continuamente cómo se mueve el vehículo sin necesidad de recibir señales externas.
Su limitación principal es que acumula pequeños errores de medición, que con el tiempo terminan produciendo una desviación en la estimación de posición y orientación. Los sistemas GNSS normalmente corrigen esas desviaciones, pero sus señales pueden ser interferidas o falsificadas.
En este contexto, la navegación celeste ofrece entonces otra referencia. Como las posiciones de las estrellas son conocidas con precisión, el sensor compara la imagen observada con un catálogo estelar y obtiene una referencia de orientación independiente de emisiones de radio.
Estados Unidos también estudia tecnologías alternativas de posicionamiento, navegación y sincronización para operar sin GPS. Un informe oficial de la GAO identifica precisamente a la navegación inercial y la navegación celeste entre las soluciones que pueden combinarse en entornos donde las señales satelitales están degradadas o ausentes.
La nueva apuesta internacional por los vehículos hipersónicos
El desarrollo aparece en un contexto de fuerte inversión internacional en tecnologías hipersónicas, que vuelan a velocidades superiores a Mach 5. Estos sistemas se diferencian de los supersónicos por sus mayores velocidades, y porque generalmente pueden maniobrar durante el vuelo, en lugar de seguir una trayectoria predecible.
Según informes de inteligencia estadounidense, China ya desplegó el DF-17, un misil para transportar un planeador hipersónico, y mantiene otros programas de investigación y desarrollo en este campo.
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