NASA ввімкнула новий, надточний, атомний годинник на космічній основі, який, сподіваючись агентством, допоможе космічним кораблям проїхати через глибокий космос, не покладаючись на земні годинники.
Він називається глибокий космічний атомний годинник (DSAC), і він працює, вимірюючи поведінку іонів ртуті, захоплених у його невеликій рамці. Він на орбіті з червня, але вперше він був успішно активований 23 серпня. Це зовсім не кричуще - лише сіра скринька розміром тостеру в чотири зрізи і повна дроту, Джилл Себерт, інженер з космічної та космічної галузі Про лідери проекту в NASA повідомили Live Science. Але в цьому не потрібний розмір: Сюберт та її колеги працюють над розробкою годинника, достатньо малого для завантаження на будь-який космічний корабель і достатньо точного, щоб керувати складними маневрами у глибокому космосі без будь-якого вкладу своїх кузенів розміром із холодильника на Землю.
Вам потрібен точний годинник, щоб знайти свій простір, оскільки він великий і порожній. Є кілька орієнтирів, за якими можна судити про ваше положення чи швидкості, і більшість занадто далеко, щоб запропонувати точну інформацію. Отже, кожне рішення повернути корабель або запалити його тяги, сказав Сюберт, починається з трьох питань: Де я? Як швидко я рухаюся? І в якому напрямку?
Найкращий спосіб відповісти на ці запитання - подивитися на об'єкти, на які вже відомі відповіді, як радіопередавачі на Землі або супутники GPS, що слідують за відомими орбітальними слідами через космос. Відправте сигнал зі швидкістю світла з точним часом у точці A і виміряйте, скільки часу потрібно, щоб дістатися до точки B. Це означає, що відстань між A і B. Надішліть ще два сигнали з двох інших місць, і у вас буде достатньо інформації, щоб зрозуміти, де саме точка В знаходиться в тривимірному просторі. (Ось так працює програмне забезпечення GPS на вашому телефоні: постійно перевіряючи хвилинні відмінності у підписах часу, що транслюються різними орбітальними супутниками.)
Для орієнтації в космосі НАСА наразі покладається на аналогічну, але менш точну систему, сказав Сюберт. Більшість атомних годин та радіомовного обладнання знаходяться на Землі, і вони спільно утворюють те, що відоме як "Глибока космічна мережа". Тому NASA зазвичай не може обчислити положення та швидкість космічного корабля з трьох джерел за один раз. Натомість агентство використовує ряд вимірювань, як Земля, так і космічний апарат рухаються по простору з часом, щоб зменшити напрямок і положення космічного корабля.
Щоб космічний корабель знав, де він знаходиться, йому потрібно приймати сигнал від мережі глибоких космосів, обчислювати час, необхідний для надходження сигналу, і використовувати швидкість світла для визначення відстані. "Щоб зробити це дуже точно, ви нам потрібно вміти вимірювати ті часи - моменти, що надсилаються та передані сигнали - якомога точніше. І на місцях, коли ми надсилаємо ці сигнали з нашої глибокої космічної мережі, ми маємо дуже точні атомні годинники і точно », - сказав Себерт. "До цих пір, годинник, який у нас був, досить малий і малопотужний, щоб літати на космічному кораблі, їх називають ультрастабільними осциляторами, що є повною помилкою. Вони не ультрастабільні. Вони записують цей сигнал - отримав час, але це дуже низька точність ".
Оскільки дані про розташування на борту космічного корабля настільки недостовірні, наприклад, з'ясувати, як орієнтуватися - коли ввімкнути тягу або змінити курс - набагато складніше і це потрібно зробити на Землі. Іншими словами, люди на Землі керують космічним кораблем від сотень тисяч чи мільйонів миль.
"Але якщо ви могли дуже точно записувати отриманий сигнал на борту на атомному годиннику, тепер у вас є можливість зібрати всі ці дані відстеження на борту і спроектувати комп'ютер і радіо так, щоб космічний апарат міг керувати собою". вона сказала.
НАСА та інші космічні агенції раніше розміщували атомні годинники в космосі. Весь наш супутниковий флот GPS несе атомні годинники. Але, здебільшого, вони занадто неточні та невмілі для довготривалої роботи, сказав Сюберт. Навколишнє середовище в космосі набагато жорсткіше, ніж дослідницька лабораторія на Землі. Температура змінюється, коли годинник пропускає і виходить від сонячного світла. Рівень радіації йде вгору і вниз.
"Це добре відома проблема космічних польотів, і ми, як правило, надсилаємо деталі, захищені радіацією, які, як ми показали, можуть працювати в різних радіаційних середовищах із подібними характеристиками", - сказала вона.
Але випромінювання все ще змінює спосіб роботи електроніки. І ці зміни впливають на атомні годинники чутливої апаратури для вимірювання проскоку часу, погрожуючи ввести неточності. По кілька разів на день, вказував Сюберт, ВВС завантажує виправлення в годинник супутників GPS, щоб вони не відходили від синхронізації з годинниками на землі.
Завданням DSAC, за її словами, є створення системи, яка не тільки портативна і досить проста для встановлення на будь-якому космічному кораблі, але і достатньо витривала для роботи в космосі протягом тривалого періоду, не вимагаючи постійних налаштувань від команд на базі Землі.
На додаток до можливості більш точної навігації в глибокому космосі за допомогою земних сигналів, такий годинник одного дня може дати можливість космонавтам на далеких заставах обійти так само, як ми робимо це з нашими картографічними пристроями на Землі, сказав Сюберт. Невеликий флот супутників, оснащених пристроями DSAC, міг орбітувати Місяць або Марс, функціонуючи замість земних GPS-систем, і ця мережа не потребуватиме виправлень кілька разів на день.
За її словами, DSAC або подібні пристрої можуть грати роль у навігаційних системах пульсара, які відслідковуватимуть час, наприклад, імпульс світла з інших зіркових систем, щоб космічний апарат міг рухатись без будь-якого входу з Землі.
На наступний рік, однак, мета полягає в тому, щоб цей перший DSAC функціонував належним чином, коли він орбітував близько до Землі.
"Що нам потрібно зробити, це, по суті, навчитися налаштовувати годинник на належну роботу в цьому середовищі", - сказав Сюберт.
Уроки, які засвоює екіпаж DSAC, під час налаштування пристрою в цьому році повинні підготувати їх до використання подібних пристроїв у далеких місіях вниз по дорозі, додала вона.
