НАСА включи нов, прецизен, атомен часовник, базиран на космоса, за който агенцията се надява, че един ден ще помогне на космическите кораби да се движат през дълбокото пространство, без да разчитат на часовници на Земята.
Нарича се Deep Space Atomic Clock (DSAC) и работи като измерва поведението на живачни йони, хванати в малката си рамка. Той е в орбита от юни, но за първи път успешно се активира на 23 август. Изобщо не е натрапчив - просто сива кутия с големина на тостер с четири срезове и пълна с проводници, Джил Сюберт, инженер по космически науки и един на ръководителите на проекта в НАСА, каза Live Science. Но този немислим размер е смисълът: Сюбърт и нейните колеги работят за създаването на часовник, достатъчно малък, за да се зареди на всеки космически кораб и достатъчно точен, за да ръководи сложни маневри в дълбоко пространство, без никакъв принос от своите братовчеди с размер на хладилника на Земята.
Имате нужда от точен часовник, за да се ориентирате в пространството, защото е голям и празен. Има няколко забележителности, по които да прецените позицията или скоростта си, а повечето са твърде далеч, за да предлагат точна информация. Така че всяко решение да се завърти кораб или да се запалят неговите тласъци, каза Сюбърт, започва с три въпроса: Къде съм аз? Колко бързо се движа? И в каква посока?
Най-добрият начин да отговорите на тези въпроси е да разгледате обекти, за които отговорите вече са известни, като радиопредаватели на Земята или GPS спътници, следвайки известни орбитални песни през космоса. Изпратете сигнал със светлинна скорост с точното време в точка А и измерете колко време отнема да стигнете до точка Б. Това ви казва разстоянието между А и Б. Изпратете още два сигнала от още две места и ще имате достатъчно информация, за да разберем къде точно е точка В в триизмерното пространство. (Ето как работи GPS софтуерът на вашия телефон: чрез постоянна проверка на минутните разлики във времевите подписи, излъчвани от различни орбитни спътници.)
За да се ориентира в космоса, НАСА в момента разчита на подобна, но не толкова прецизна система, каза Сюбърт. Повечето от атомните часовници и апаратите за радиоразпръскване са на Земята и те колективно образуват онова, което е известно като „Дълбоката космическа мрежа“. Така че НАСА обикновено не може да изчисли позицията и скоростта на космическия кораб от три източника в един ход. Вместо това агенцията използва серия от измервания, тъй като Земята и космическият апарат се движат през космоса във времето, за да определят посоката и положението на космическия кораб.
За да може космическият кораб да знае къде се намира, той трябва да получи сигнал от дълбоката космическа мрежа, да изчисли времето, необходимо за пристигането на сигнала и да използва скоростта на светлината, за да определи разстоянието. "За да направите това много точно, вие трябва да можем да измерваме тези времена - времената, изпратени и получени от сигнала - възможно най-точно. И на земята, когато изпращаме тези сигнали от нашата дълбоко космическа мрежа, имаме атомни часовници, които са много прецизни и точно - каза Сюберт. "Досега часовниците, които имахме, са достатъчно малки и с ниска мощност, за да летят на космически кораб, те се наричат ултрастабилни осцилатори, което е пълен погрешно. Те не са ултрастабилни. Те записват този сигнал - получих време, но е много ниска точност. "
Тъй като данните за местоположението на борда на космическия кораб са толкова ненадеждни, да се измисли как да се движите - кога да включите тяга или да промените курса - например, е много по-сложно и трябва да се направи на Земята. С други думи, хората на Земята карат космическия кораб от стотици хиляди или милиони мили.
"Но ако можете да запишете времето, получено от сигнала на борда много точно, с атомен часовник, сега имате възможност да съберете всички тези данни за проследяване на борда и да проектирате компютъра и радиото си така, че космическият кораб да може да управлява себе си", тя каза.
НАСА и други космически агенции са поставяли атомни часовници в космоса преди. Целият ни GPS сателитен флот носи атомни часовници. Но, в по-голямата си част, те са твърде неточни и неудобни за дългосрочна работа, каза Сюберт. Околната среда в космоса е много по-груба от изследователска лаборатория на Земята. Температурите се променят, когато часовниците преминават и излизат от слънчева светлина. Нивата на радиация отиват нагоре и надолу.
„Това е добре известен проблем с космическия полет и обикновено изпращаме части, закалени с радиация, които демонстрирахме, че могат да работят в различни радиационни среди с подобни показатели“, каза тя.
Но радиацията все още променя начина на работа на електрониката. И тези промени засягат чувствителното оборудване, което атомните часовници използват за измерване на изплъзването на времето, заплашвайки да въведат неточности. Няколко пъти на ден, посочи Зюберт, ВВС качва корекции в часовниците на GPS сателитите, за да не се отклонява от синхронизиране с часовници на земята.
Целта на DSAC, според нея, е да създаде система, която да е не само преносима и достатъчно проста, за да бъде инсталирана на всеки космически кораб, но и достатъчно издръжлива за работа в космоса в дългосрочен план, без да се изискват постоянни настройки от екипи, базирани на Земята.
Освен че позволява по-прецизна навигация в дълбоки космоси, използвайки земни сигнали, такъв часовник може един ден да позволи на астронавтите в отдалечени застанки да обикалят точно както ние с нашите картографски устройства на Земята, каза Сюбърт. Малка флота от спътници, оборудвани с устройства DSAC, може да орбитира Луната или Марс, функциониращи вместо земните GPS системи и тази мрежа няма да изисква корекции няколко пъти на ден.
Според нея по пътя надолу DSAC или подобни устройства могат да играят роля в пулсарни навигационни системи, които да проследяват времето като неща, които пулсират светлина от други звездни системи, за да позволят на космическите кораби да се движат без никакъв вход от Земята.
За следващата година обаче целта е този първи DSAC да функционира правилно, тъй като орбитира близо до Земята.
„Това, което трябва да направим, е по същество да научим как да настроим часовника, за да работи правилно в тази среда“, каза Сюберт.
Поуките, които екипът на DSAC научава, докато настройва устройството през тази година, трябва да ги подготвят да използват подобни устройства при мисии с по-дълъг обсег на пътя, добави тя.
