Уже более двух лет атомные часы НАСА Deep Space Atomic Clock ведут отсчет времени на границе Вселенной. 18 сентября 2021 года миссия была успешно завершена.

Устройство размещено на орбитальном испытательном космическом аппарате General Atomics, запущенном 25 июня 2019 года в рамках программы космических испытаний 2 Министерства обороны. Его цель - проверить потенциал использования бортовых атомных часов для улучшения навигации космических аппаратов в глубоком космосе.

Атомные часы глубокого космоса - Deep Space Atomic Clock

реклама

 

В данный момент космические аппараты полагаются на атомные часы на земле. Чтобы измерить орбиту космического аппарата, движущегося вдоль Луны, навигаторы используют эти хронометры для отслеживания точного времени отправки и приема сигналов. Навигатор знает, что радиосигнал распространяется со скоростью света (около 186 000 миль в секунду, или 300 000 км в секунду), поэтому эти показатели времени используются для определения точного расстояния, скорости и направления движения космического аппарата. Это расстояние можно точно рассчитать.

Три плаката с изображением атомных часов Deep Space Atomic Clock и того, как космические аппараты и астронавты будут использовать будущие версии этой технологии. (NASA / JPL-Caltech)

 

Однако по мере удаления от Земли космическим аппаратам требуется от нескольких минут до нескольких часов для отправки и приема сигналов, что значительно задерживает эти расчеты. Сочетая бортовые атомные часы с навигационной системой, космический аппарат может мгновенно вычислить, где он находится и куда направляется.

Изготовленные в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, атомные часы Deep Space Atomic Clock представляют собой сверхточные ртутно-ионные атомарные часы в небольшой коробке размером примерно 10 дюймов (25 сантиметров) с каждой стороны, примерно размером с тостер. Атомные часы для глубокого космоса разработаны таким образом, чтобы выдержать суровые условия запуска и холодную, высокорадиационную среду Вселенной без ущерба для хронометрических характеристик, преодолевая разрыв между практикой первых технологий и важными знаниями. 

Узнайте, почему точное времяисчисление в космосе крайне важно и как атомные часы NASA Deep Space Atomic Clock обеспечат автономную навигацию будущих космических аппаратов независимо от Земли. (NASA / JPL-Caltech)

После того как прибор выполнил основную миссию на околоземной орбите в течение года, НАСА продлило его миссию для сбора дополнительных данных благодаря его исключительной стабильности хронометража. Однако, прежде чем демонстрация технологии была остановлена 18 сентября, миссия работала сверхурочно и собрала максимальное количество данных в последний день.

Тодд Эри, главный исследователь JPL и руководитель проекта, сказал: Данные, полученные с помощью новаторских приборов, помогут в разработке Атомных часов глубокого космоса-2. Это технологическая демонстрация космического аппарата НАСА, предназначенного для изучения излучения, радиоизлучения, InSAR, рельефа и спектроскопии (VERITAS), который отправится к Венере после запуска к 2028 году. Первые испытания атомных часов в глубоком космосе и монументальные достижения в увеличении автономности космических аппаратов.

Стабильность - это все

Атомные часы - самые стабильные хронометры на планете, однако даже они не совершенны и могут вызывать небольшую задержку, или "смещение", между часами и реальным временем. Если эти смещения не корректировать, они будут суммироваться, что может привести к большим ошибкам позиционирования. Доли секунды могут означать разницу между безопасным прибытием на Марс и полным пропуском планеты.

Для коррекции этих смещений с Земли на космический аппарат могут быть отправлены соответствующие обновления. Например, спутники Глобальной системы позиционирования (GPS) несут атомные часы и перемещаются из точки А в точку Б. Для поддержания точного времени необходимо часто отправлять обновления с Земли. Однако частое обновление данных с Земли на атомные часы в глубоком космосе было бы непрактично и не достигло бы цели оснащения ими космического аппарата.

Вот почему атомные часы космического аппарата, исследующего дальний космос, должны быть как можно более стабильными с самого начала. Это делает их менее зависимыми от обновлений с Земли.

На рисунке показана демонстрация технологии атомных часов НАСА для глубокого космоса и космический аппарат General Atomics Orbital TestBed, на котором они установлены. В будущем космические аппараты могут полагаться на такое оборудование для навигации в глубоком космосе. (NASA / JPL-Caltech)

 

"Атомные часы Deep Space Atomic Clock успешно справились с этой задачей", - сказал Эрик Барт, физик по атомным часам из JPL. Мы установили новый рекорд по долгосрочной стабильности атомных часов в космосе, что более чем на порядок лучше, чем у GPS". Атомные часы.. - это означает возможность большей автономии в миссиях глубокого космоса и потенциальное снижение зависимости от обновлений дважды в день, если спутники GPS будут оснащены нашим оборудованием".

В недавнем исследовании команда Deep Space Atomic Clock сообщила об отклонениях менее 4 наносекунд после более чем 20 дней работы.

Как и его предшественник, Deep Space Atomic Clock-2 - это демонстрационный образец. То есть, VERITAS не полагается на него для достижения своих целей. Однако эта следующая модификация меньше, потребляет меньше энергии и предназначена для поддержки многолетних миссий, таких как VERITAS.

Это выдающееся достижение команды". Демонстрация технологий Она доказала свою надежность на орбите, и мы с нетерпением ждем возможности увидеть усовершенствованную версию на Венере", - заявил отдел демонстрации технологий Научно-технической миссии НАСА (STMD) в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне. Директор Труди Кортес сказала. "Это то, чем занимается НАСА. Мы разрабатываем новые технологии и совершенствуем имеющиеся технологии для развития космических полетов людей и роботов. Атомные часы Deep Space - это наш способ исследования. Имеет потенциал, чтобы изменить Глубокий космос".

Джейсон Митчелл, директор по передовым технологиям связи и навигации в отделе космической связи и навигации НАСА (SCaN), разделяет его мнение: "Атомные часы глубокого космоса позволяют выполнять новые важные оперативные функции для миссий НАСА по исследованию космоса людьми и роботами. Они также могут позволить глубже изучить основы теории относительности, как это сделали часы, поддерживающие GPS" .