Атомният часовник на НАСА в дълбокия космос завършва мисията


Работа извънредно: атомният часовник на НАСА в дълбокия космос завършва мисията

Три привличащи вниманието постера, представящи атомния часовник в дълбокия космос и как бъдещите версии на технологичната демонстрация могат да бъдат използвани от космически кораби и астронавти. Кредит: NASA/JPL-Caltech

Повече от две години атомният часовник на НАСА в дълбокия космос раздвижва границите на времето в космоса. На 18 септември 2021 г. мисията му приключи успешно.

Инструментът се хоства на космически кораб Orbital Test Bed на General Atomics, който беше изстрелян на борда на мисията на Министерството на отбраната, програма за космически тестове 2 на 25 юни 2019 г. Неговата цел: да се тества осъществимостта на използването на бордов атомен часовник за подобряване на навигацията на космически кораби в дълбокия космос .

В момента космическите кораби разчитат на наземни атомни часовници. За да измерят траекторията на космическия кораб, докато той пътува отвъд Луната, навигаторите използват тези часовници, за да проследяват точно кога тези сигнали се изпращат и получават. Тъй като навигаторите знаят, че радиосигналите се движат със скоростта на светлината (около 186 000 мили в секунда или 300 000 километра в секунда), те могат да използват тези измервания на времето, за да изчислят точното разстояние, скорост и посока на движение на космическия кораб.

Но колкото по-далеч е космическият кораб от Земята, толкова по-дълго е необходимо за изпращане и получаване на сигнали – от няколко минути до няколко часа – което значително забавя тези изчисления. С бордовия атомен часовник, сдвоен с навигационна система, космическият кораб може незабавно да изчисли къде се намира и къде отива.






Гледайте този видеоклип, за да научите защо точното отчитане на времето в космоса е от съществено значение и как атомният часовник на НАСА в дълбокия космос ще направи бъдещите космически кораби по-малко зависими от Земята, за да се движат автономно. Кредит: NASA/JPL-Caltech

Построен от лабораторията за реактивни двигатели на НАСА в Южна Калифорния, атомният часовник за дълбоко пространство е ултра-прецизен атомен часовник с живачни йони, затворен в малка кутия, която е с размери около 10 инча (25 сантиметра) от всяка страна – приблизително с размера на тостер . Проектиран да оцелее в суровостта на изстрелването и студената среда с висока радиация на космоса, без да се влоши ефективността на отчитането на времето, атомният часовник за дълбоко пространство беше технологична демонстрация, предназначена да осъществи технологични първи и да запълни критични пропуски в знанията.

След като инструментът завърши своята едногодишна основна мисия в околоземна орбита, НАСА разшири мисията, за да събере повече данни поради изключителната си стабилност на времето. Но преди технологичната демонстрация да бъде изключена на 18 септември, мисията работи извънредно, за да извлече възможно най-много данни в последните си дни.

„Мисията на атомния часовник в дълбокия космос беше огромен успех и бижуто на историята тук е, че демонстрацията на технологията работи доста след предвидения оперативен период“, каза Тод Ели, главен изследовател и ръководител на проекта в JPL.

Данните от новаторския инструмент ще помогнат за разработването на Deep Space Atomic Clock-2, технологична демонстрация, която ще пътува до Венера на борда на космическия кораб на НАСА за излъчване на Венера, радионаука, InSAR, топография и спектроскопия (VERITAS), когато бъде изстрелян до 2028 г. Това ще бъде първият тест за атомен часовник в дълбокия космос и монументален напредък за повишена автономност на космическите кораби.

Работа извънредно: атомният часовник на НАСА в дълбокия космос завършва мисията

Тази илюстрация показва демонстрацията на технологията на НАСА за Deep Space Atomic Clock и космическия кораб General Atomics Orbital Test Bed, който го е домакин. Един ден космическият кораб може да разчита на такива инструменти за навигация в дълбокия космос. Кредит: НАСА

Стабилността е всичко

Докато атомните часовници са най-стабилните часовници на планетата, те все още имат нестабилности, които могат да причинят незначително изоставане или „изместване“ на времето на часовниците спрямо реалното време. Оставени некоригирани, тези отмествания ще се сумират и могат да доведат до големи грешки в позиционирането. Части от секундата могат да означават разликата между безопасното пристигане на Марс или пълната липса на планетата.

Актуализациите могат да се предават от Земята към космическия кораб, за да коригират тези отмествания. Сателитите на глобалната система за позициониране (GPS) например носят атомни часовници, за да ни помогнат да стигнем от точка А до точка Б. За да сме сигурни, че отчитат точно времето, трябва често да им се предават актуализации от земята. Но да се изпращат чести актуализации от Земята до атомен часовник в дълбокия космос не би било практично и би провалило целта за оборудване на космически кораб с такъв.

Ето защо атомният часовник на космически кораб, изследващ дълбокия космос, трябва да бъде възможно най-стабилен от самото начало, което позволява да бъде по-малко зависим от Земята, за да бъде актуализиран.

Работа извънредно: атомният часовник на НАСА в дълбокия космос завършва мисията

Атомният часовник в дълбокия космос е около 10 инча (25 сантиметра) от всяка страна, приблизително с размерите на тостер. Неговият компактен дизайн беше ключово изискване и още по-малка итерация ще лети на борда на космическия кораб VERITAS на НАСА. Кредит: NASA/JPL-Caltech

„Атомният часовник в дълбокия космос успя да постигне тази цел“, каза Ерик Бърт от JPL, физик по атомен часовник за мисията. „Постигнахме нов рекорд за дългосрочна стабилност на атомния часовник в космоса – повече от порядък по-добър от GPS атомни часовници. Това означава, че вече имаме стабилност, за да позволим повече автономия в мисии в дълбоко космоса и потенциално да направим GPS сателитите по-малко зависими от актуализации два пъти дневно, ако те носят нашия инструмент.”

В скорошно проучване екипът на Deep Space Atomic Clock съобщава за отклонение от по-малко от четири наносекунди след повече от 20 дни работа.

Подобно на своя предшественик, Deep Space Atomic Clock-2 ще бъде технологична демонстрация, което означава, че VERITAS няма да зависи от него, за да изпълни целите си. Но тази следваща итерация ще бъде по-малка, ще използва по-малко енергия и ще бъде проектирана да поддържа многогодишна мисия като VERITAS.

Работа извънредно: атомният часовник на НАСА в дълбокия космос завършва мисията

Атомният часовник за дълбоко пространство беше изстрелян с ракета SpaceX Falcon Heavy като част от мисията на Министерството на отбраната на Програмата за космически тестове-2 (STP-2) от стартовия комплекс 39A в космическия център Кенеди на НАСА във Флорида във вторник, 25 юни 2019 г. Кредит: НАСА/Джоел Коуски

„Това е забележително постижение на отбора демонстрация на технологията се доказа като здрава система в орбита и сега с нетърпение очакваме да видим подобрена версия да отиде на Венера“, каза Труди Кортес, директор на технологичните демонстрации за дирекция „Научни и технологични мисии“ на НАСА (STMD) в централата на НАСА във Вашингтон. „Това прави НАСА – ние разработваме нови технологии и подобряваме съществуващите, за да усъвършенстваме човешки и роботизирани космически полети. Атомният часовник за дълбоко пространство наистина има потенциала да трансформира начина, по който изследваме дълбок космос

Джейсън Мичъл, директорът на отдела за напреднали комуникационни и навигационни технологии на НАСА за космически комуникации и навигация (SCaN) в централата на агенцията се съгласи: „Изпълнението на инструмента беше наистина изключително и доказателство за способността на екипа. Продължавайки напред, не само дали атомният часовник в дълбокия космос ще даде възможност за значителни нови оперативни възможности за мисиите на НАСА за изследване на хора и роботи, той може също да позволи по-задълбочено изследване на фундаменталната физика на относителността, подобно на часовниците, поддържащи GPS.


Deep Space Atomic Clock се придвижва към увеличаване на автономността на космическите кораби


Цитат: Работа извънредно: атомният часовник на НАСА в дълбокия космос завършва мисия (2021 г., 5 октомври), извлечен на 24 май 2022 г. от https://phys.org/news/2021-10-overtime-nasa-deep-space-atomic.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.