Zegar atomowy Deep Space zmierza w kierunku zwiększenia autonomii statków kosmicznych

Statki kosmiczne wyruszające poza nasz Księżyc polegają na komunikowaniu się ze stacjami naziemnymi na Ziemi, aby dowiedzieć się, gdzie się znajdują i dokąd zmierzają. Zegar atomowy Deep Space NASA daje tym odległym odkrywcom większą niezależność podczas nawigacji. W nowym artykule opublikowanym dzisiaj w czasopiśmie Natura, misja odnotowuje postępy w pracach nad poprawą zdolności kosmicznych zegarów atomowych do konsekwentnego pomiaru czasu w długich okresach.

znany jako JeszczeTa funkcja wpływa również na działanie satelitów GPS, które pomagają ludziom nawigować po Ziemi, więc ta praca ma również potencjał, aby zwiększyć niezależność następnej generacji statków kosmicznych GPS.

Aby obliczyć trajektorię odległego statku kosmicznego, inżynierowie wysyłają sygnały ze statku kosmicznego na Ziemię iz powrotem. Wykorzystują na Ziemi zegary atomowe wielkości lodówek do rejestrowania czasu tych sygnałów, co jest niezbędne do dokładnego pomiaru pozycji statku kosmicznego. Ale w przypadku robotów na Marsie lub w odległych miejscach, oczekiwanie na sygnały umożliwiające podróż może trwać kilkadziesiąt minut, a nawet godzin.

Gdyby te statki kosmiczne były wyposażone w zegary atomowe, mogłyby obliczyć ich położenie i kierunek, ale zegary musiałyby być bardzo stabilne. Satelity GPS posiadają zegary atomowe, które pomagają nam dotrzeć do naszych miejsc docelowych na Ziemi, ale zegary te wymagają aktualizacji kilka razy dziennie, aby utrzymać niezbędny poziom stabilności. Misje kosmiczne wymagają bardziej stabilnych godzin w kosmosie.

Zarządzany przez NASA Jet Propulsion Laboratory w południowej Kalifornii, Deep Space Atomic Clock działa na pokładzie statku kosmicznego General Atomic Orbital Testing od czerwca 2019 roku. Nowe badania wskazują, że zespół misji ustanowił nowy rekord długoterminowej stabilności zegar atomowy W kosmosie osiąga ponad 10 razy większą stabilność niż zegary atomowe znajdujące się w kosmosie, w tym zegary satelitów Global Positioning System (GPS).

Kiedy liczy się każda nanosekunda

wszyscy zegary atomowe Masz pewien stopień niestabilności, który powoduje przesunięcie czasu godzinowego w stosunku do czasu rzeczywistego. Jeśli nie zostanie skorygowane, przemieszczenie, chociaż małe, gwałtownie wzrasta, a przy nawigacji statku kosmicznego nawet niewielkie przemieszczenie może mieć drastyczne skutki.

Jednym z głównych celów misji Deep Space Atomic Clock był pomiar stabilności zegara w coraz dłuższych okresach, aby zobaczyć, jak zmienia się on w czasie. W nowym artykule zespół informuje o poziomie stabilności, który powoduje odchylenie czasu o mniej niż cztery nanosekundy po ponad 20 dniach działania.

„Z reguły niepewność rzędu nanosekundy odpowiada odległości około jednej stopy” – powiedział Eric Burt, fizyk z zegarem atomowym w misji JPL i współautor nowego artykułu badawczego. „Niektóre zegary GPS muszą być odświeżane kilka razy dziennie, aby utrzymać ten poziom stabilności, co oznacza, że ​​GPS w dużym stopniu opiera się na kontakcie z Ziemią. Zegar atomowy Deep Space przesuwa to o tydzień lub dłużej, a tym samym potencjalnie oferuje zastosowanie takie jak GPS bardziej autonomiczny.”

stabilność i nie tylko czas Opóźnienie zgłoszone w nowym artykule jest około pięć razy większe niż to, co zespół zgłosił wiosną 2020 roku. Nie jest to poprawa samego zegara, ale raczej miara stabilności zegara zespołu. Dłuższe czasy pracy i prawie cały rok dodatkowych danych poprawiły dokładność pomiaru.

Misja Deep Space Atomic Clock zakończy się w sierpniu, ale NASA ogłosiła, że ​​prace nad tą technologią są kontynuowane: Deep Space Atomic Clock-2, ulepszona wersja najnowszego instrumentu do pomiaru czasu, będzie latać na VERITAS (skrót od Venus Emissivity, Radio Science, Insar), topografia, spektroskopia) Zadanie do Wenus. Podobnie jak jego poprzednik, nowy zegar kosmiczny jest pokazem technologicznym, co oznacza, że ​​jego celem jest rozwijanie możliwości w kosmosie poprzez rozwijanie narzędzi, sprzętu, oprogramowania itp., których obecnie nie ma. Niezwykle dokładny sygnał zegarowy generowany przez tę technologię został stworzony przez Laboratorium Napędu Odrzutowego i sfinansowany przez NASA Space Technology Mission Directorate (STMD), co może pomóc w umożliwieniu autonomicznego działania. Statek kosmiczny Nawigacja i udoskonalenie obserwacji radiowych na przyszłych misjach.

„Wybór przez NASA Deep Space Atomic Clock-2 zamiast VERITAS świadczy o obietnicy tej technologii” – powiedział Todd Eley, główny badacz Deep Space Atomic Clock i kierownik projektu w Jet Propulsion Laboratory. „W VERITAS staramy się wprowadzić nową generację zegara kosmicznego w krok i dogłębnie zademonstrować jego potencjał Przestrzeń Nawigacja i nauka.