NASA zapla nové, precízne atómové hodiny založené na vesmíre, ktoré agentúra dúfa, že jedného dňa pomôžu kozmickej lodi prejsť hlbokým vesmírom bez spoliehania sa na hodiny na Zemi.
Hovorí sa tomu atómové atómové hodiny (DSAC) a funguje tak, že meria správanie ortuťových iónov zachytených v malom rámčeku. Je to na obežnej dráhe od júna, ale prvýkrát sa úspešne aktivovala 23. augusta. Nie je to nijako honosné - iba sivú škatuľu o veľkosti štvorzrnného hriankovača a plných drôtov, Jill Seubert, letecký inžinier a jeden vedúcich projektu v NASA, povedal Live Science. Táto nenáročná veľkosť je však dôležitá: Suebert a jej kolegovia pracujú na tom, aby vytvorili hodiny dostatočne malé na to, aby sa mohli naložiť do akejkoľvek kozmickej lode a dostatočne presné, aby viedli zložité manévre v hlbokom vesmíre bez toho, aby museli vstupovať od svojich bratrancov na Zemi.
Potrebujete presné hodiny, aby ste si našli cestu okolo vesmíru, pretože sú veľké a prázdne. Existuje niekoľko orientačných bodov, podľa ktorých sa dá posúdiť vaša pozícia alebo rýchlosť, a väčšina z nich je príliš ďaleko na to, aby poskytla presné informácie. Takže každé rozhodnutie otočiť loď alebo vypáliť jej rakety, povedal Seubert, začína tromi otázkami: Kde som? Ako rýchlo sa pohybujem? A akým smerom?
Najlepším spôsobom, ako odpovedať na tieto otázky, je pozrieť sa na objekty, pre ktoré sú odpovede už známe, ako sú rádiové vysielače na Zemi alebo satelity GPS sledujúce známe orbitálne stopy vesmírom. Vysielajte signál rýchlosťou svetla s presným časom v bode A a zmerajte, ako dlho trvá, kým sa dostanete do bodu B. To vám povie vzdialenosť medzi A a B. Vysielajte ďalšie dva signály z dvoch ďalších miest a budete mať dostatok informácií, aby bolo možné zistiť, kde presne je bod B v trojrozmernom priestore. (Takto funguje softvér GPS vo vašom telefóne: neustálym sledovaním malých rozdielov v časových podpisoch vysielaných rôznymi obiehajúcimi satelitmi.)
Pri navigácii vesmírom sa NASA v súčasnosti spolieha na podobný, ale menej presný systém, povedal Seubert. Väčšina atómových hodín a vysielacích zariadení je na Zemi a spoločne tvoria tzv. Sieť Deep Space Network. NASA teda zvyčajne nedokáže vypočítať polohu a rýchlosť kozmickej lode z troch zdrojov naraz. Namiesto toho agentúra používa rad meraní, keď sa Zem, ako aj kozmická loď pohybujú v priebehu času vesmírom, aby zmenšili smer a polohu kozmickej lode.
Aby mohla kozmická loď vedieť, kde je, musí prijať signál zo siete Deep Space Network, vypočítať čas, ktorý uplynul, než signál dorazí, a pomocou rýchlosti svetla určiť vzdialenosť. “Ak to chcete urobiť veľmi presne, musíte musíme byť schopní čo najpresnejšie zmerať tieto časy - čas odoslania a príjmu signálu - a na zemi, keď vysielame tieto signály z našej siete Deep Space Network, máme veľmi presné atómové hodiny, a presné, “povedal Seubert. „Až doteraz sú hodiny, ktoré sme mali, dostatočne malé a dostatočne výkonné, aby lietali na kozmickej lodi, nazývajú sa ultrastabilné oscilátory, čo je úplný omyl. Nie sú ultrastabilné. Zaznamenávajú tento signál - dostal čas, ale je to veľmi nízka presnosť. ““
Pretože údaje o polohe na palube kozmickej lode sú také nespoľahlivé, je oveľa komplikovanejšie zisťovať, ako sa orientovať - napríklad keď zapnúť plyn alebo zmeniť smer - a musí sa to urobiť na Zemi. Inými slovami, ľudia na Zemi riadia kozmickú loď zo stoviek tisícov alebo miliónov kilometrov.
„Ak by ste však mohli tento čas prijímaný signálom zaznamenať na palubu veľmi presne pomocou atómových hodín, máte teraz možnosť zhromaždiť všetky tieto sledovacie údaje na palube a navrhnúť počítač a rádio tak, aby mohla kozmická loď riadiť sama seba,“ povedala.
NASA a ďalšie vesmírne agentúry predtým umiestnili atómové hodiny do vesmíru. Celá naša satelitná flotila GPS nesie atómové hodiny. Z veľkej časti sú však príliš nepresné a nepraktické na dlhodobú prácu, povedal Seubert. Prostredie vo vesmíre je omnoho drsnejšie ako výskumné laboratórium na Zemi. Teploty sa menia, keď hodiny vstupujú a vystupujú zo slnečného svetla. Úrovne žiarenia stúpajú a klesajú.
„Je to známy problém kozmického letu a zvyčajne vysielame časti zosilnené žiarením, ktoré sme preukázali, že môžu fungovať v rôznych radiačných prostrediach s podobnými výkonmi,“ uviedla.
Ale žiarenie stále mení spôsob práce elektroniky. A tieto zmeny majú vplyv na citlivé zariadenia, ktoré používajú atómové hodiny na meranie času skĺzavania, čím hrozí, že spôsobia nepresnosti. Letisko niekoľkokrát denne zdôraznilo, že letectvo odovzdáva opravy do hodín satelitov GPS, aby zabránili unášaniu synchronizácie s hodinami na zemi.
Cieľom DSAC je vytvoriť systém, ktorý je nielen dostatočne prenosný a jednoduchý na to, aby sa dal nainštalovať na akúkoľvek kozmickú loď, ale aj dostatočne odolný na to, aby dlhodobo fungoval v kozmickom priestore bez toho, aby si tímy na Zemi museli neustále upravovať.
Okrem umožnenia presnejšej navigácie v hlbokom vesmíre pomocou pozemských signálov by také hodiny mohli jedného dňa nechať kozmonautov na vzdialených odbočkách obchádzať sa presne tak, ako to robíme s našimi mapovacími zariadeniami na Zemi. Malá flotila satelitov vybavených zariadeniami DSAC mohla obísť okolo Mesiaca alebo Marsu a fungovala namiesto pozemských systémov GPS a táto sieť by nevyžadovala korekcie niekoľkokrát denne.
Po ceste povedala, že DSAC alebo podobné zariadenia môžu hrať úlohu v pulzárnych navigačných systémoch, ktoré by sledovali načasovanie vecí, ako napríklad pulzovanie svetla z iných hviezdnych systémov, aby umožnili kozmickej lodi navigovať bez akéhokoľvek vstupu zo Zeme.
Na budúci rok je však cieľom dosiahnuť správne fungovanie tohto prvého DSAC, ktorý obieha blízko Zeme.
„Potrebujeme sa v podstate naučiť, ako naladiť hodiny tak, aby v tomto prostredí fungovali správne,“ povedal Seubert.
Hodiny, ktoré sa posádka DSAC tento rok naučí pri ladení zariadenia, by ich mali pripraviť na používanie podobných zariadení pri misiách s dlhým dosahom po ceste, dodala.
