NASA on kytkenyt päälle uuden, erittäin tarkan, avaruuspohjaisen atomikellon, jonka virasto toivoo auttavan avaruusaluksia yhtenä päivänä kuljettamaan syvää avaruutta luottamatta maapallon kellotietoihin.
Sitä kutsutaan syvän avaruuden atomikelloksi (DSAC), ja se toimii mittaamalla sen pieneen kehykseen loukkuun jääneiden elohopea-ionien käyttäytyminen. Se on ollut kiertoradalla kesäkuusta lähtien, mutta se aktivoitiin ensin onnistuneesti 23. elokuuta. Se ei ole ollenkaan mahtava - vain harmaa laatikko, joka on kooltaan nelivaiheinen leivänpaahdin ja täynnä johtoja, Jill Seubert, ilmailuinsinööri ja yksi projektin johtajista NASA: lla, kertoi Live Sciencelle. Mutta tämä vaatimaton koko on kohta: Suebert ja hänen kollegansa pyrkivät suunnittelemaan kellon, joka on riittävän pieni ladattavaksi mihin tahansa avaruusalukseen ja riittävän tarkka ohjaamaan monimutkaisia liikkeitä syvässä tilassa ilman mitään jääkaapin kokoisten serkkujen antamaa maapallolla.
Tarvitset tarkan kellon löytääksesi tien ympäri avaruutta, koska se on iso ja tyhjä. On vain vähän maamerkkejä, joiden avulla voidaan arvioida sijaintiasi tai nopeutta, ja useimmat ovat liian kaukana tarkan tiedon tarjoamiseksi. Joten jokainen päätös laivan kääntämisestä tai sen potkurien ampumisesta, Seubert sanoi, alkaa kolmella kysymyksellä: missä olen? Kuinka nopeasti liikun? Ja mihin suuntaan?
Paras tapa vastata näihin kysymyksiin on tarkastella kohteita, joille vastaukset ovat jo tiedossa, kuten radiolähettimiä maapallolla tai GPS-satelliitteja, jotka seuraavat tunnettuja kiertoradan jälkiä avaruudessa. Lähetä signaali valon nopeudella tarkalla ajanhetkellä pisteessä A ja mittaa kuinka kauan pisteeseen B pääsy kestää. Se kertoo etäisyyden A ja B välillä. Lähetä vielä kaksi signaalia kahdesta muusta sijainnista, ja sinulla on tarpeeksi tietoa selvittääksesi tarkalleen missä piste B on kolmiulotteisessa tilassa. (Näin puhelimesi GPS-ohjelmisto toimii: tarkistamalla jatkuvasti eri kiertoradalla olevien satelliittien lähettämien aika-allekirjoitusten pienimmät erot.)
Avaruudessa navigoimiseksi NASA luottaa tällä hetkellä samanlaiseen, mutta vähemmän tarkkaan järjestelmään, Seubert sanoi. Suurin osa atomikelloista ja lähetyslaitteista on maan päällä, ja ne yhdessä muodostavat ns. Syvän avaruuden verkon. Joten NASA ei yleensä pysty laskemaan avaruusaluksen sijaintia ja nopeutta kolmesta lähteestä yhdellä kertaa. Sen sijaan virasto käyttää mittaussarjaa, kun sekä maapallo että avaruusalus liikkuvat avaruudessa ajan myötä naulatakseen avaruusaluksen suunnan ja sijainnin.
Jotta avaruusalus tietäisi missä se on, sen on otettava signaali Deep Space Network -verkosta, laskettava signaalin saapumiseen kuluva aika ja käytettävä valonopeutta etäisyyden määrittämiseen. "Voit tehdä tämän hyvin tarkasti täytyy kyetä mittaamaan nämä ajat - signaalin lähettämät ja vastaanotetut ajat - niin tarkasti kuin mahdollista. Ja kun me lähettämme näitä signaaleja syvän avaruuden verkostomme, meillä on atomikelloja, jotka ovat erittäin tarkkoja ja tarkka ", Seubert sanoi. "Tähän saakka meillä käyneitä kelloja, jotka ovat riittävän pieniä ja riittävän vähätehoisia lentämään avaruusaluksella, heitä kutsutaan ultratabletable oskillaattoreiksi, mikä on täydellinen väärinkäyttäjä. He eivät ole ultratabletable. Ne tallentavat signaalin- saanut aikaa, mutta se on erittäin heikko tarkkuus. "
Koska avaruusaluksen sijaintitiedot ovat niin epäluotettavia, navigoinnin selvittäminen - milloin esimerkiksi kytketään potkurin päälle tai vaihdetaan - on paljon monimutkaisempaa ja se on tehtävä maapallolla. Toisin sanoen ihmiset maan päällä ajavat avaruusalusta satojen tuhansien tai miljoonien mailien päässä.
"Mutta jos pystyisit tallentamaan signaalin vastaanottaman ajan aluksella erittäin tarkasti atomikellalla, nyt sinulla on mahdollisuus kerätä kaikki seurantatiedot aluksella ja suunnitella tietokoneesi ja radioasi siten, että avaruusalus voi ajaa itseään", hän sanoi.
NASA ja muut avaruusjärjestöt ovat asettaneet atomikelloja avaruuteen aiemmin. Koko GPS-satelliittilaivastomme sisältää atomikelloja. Mutta suurimmaksi osaksi he ovat liian epätarkkoja ja hankalia pitkäaikaiseen työhön, Seubert sanoi. Ympäristö avaruudessa on paljon raakeampaa kuin Maan tutkimuslaboratorio. Lämpötilat muuttuvat, kun kellot kulkevat auringonvalosta. Säteilytasot nousevat ylös ja alas.
"Se on tunnettu avaruuslennon ongelma, ja lähetämme tyypillisesti säteilykarkaistuja osia, jotka olemme osoittaneet, että ne voivat toimia eri säteilyympäristöissä samanlaisilla suorituksilla", hän sanoi.
Mutta säteily muuttaa silti elektroniikan toimintatapaa. Ja nämä muutokset vaikuttavat herkkien laitteiden atomikelloihin, joiden avulla mitataan liukastuksen aikaa, uhkaaen saada aikaan epätarkkuuksia. Seubert huomautti, että ilmavoimat lähettävät useita kertoja päivässä korjauksia GPS-satelliittien kelloihin, jotta ne eivät ajaisi tahdissa maakellon kanssa.
Hänen mukaansa DSAC: n tavoitteena on luoda järjestelmä, joka ei ole vain kannettava ja yksinkertainen asennettavaksi mihin tahansa avaruusalukseen, mutta myös riittävän kestävä toimimaan avaruudessa pitkällä aikavälillä ilman, että vaaditaan jatkuvia säätöjä maapallolla toimivilta ryhmiltä.
Sen lisäksi, että mahdollinen tarkempi syväavaruusnavigointi maallisten signaalien avulla, tällainen kello saattaa antaa eräänä päivänä kaukaisten lähtöpisteiden astronautien päästä liikkumaan samalla tavalla kuin meillä Maapallon karttalaitteilla, Seubert sanoi. Pieni DSAC-laitteilla varustettu satelliittikanava voisi kiertää kuun tai Marsin, toimien maallisten GPS-järjestelmien sijasta, eikä tämä verkko vaatisi korjauksia useita kertoja päivässä.
Hänen mukaansa tiellä, DSAC: lla tai vastaavalla laitteella voi olla merkitys pulsar-navigointijärjestelmissä, jotka seuraisivat esimerkiksi muiden tähtijärjestelmien valon sykkeen ajoitusta, jotta avaruusalukset voisivat navigoida ilman mitään maapallon tuloa.
Seuraavalle vuodelle tavoitteena on kuitenkin saada tämä ensimmäinen DSAC toimimaan kunnolla, koska se kiertää lähellä Maata.
"Meidän on ensisijaisesti opittava säätämään kello toimimaan kunnolla siinä ympäristössä", Seubert sanoi.
Hänen mukaansa DSAC-miehistön tämän vuoden aikana viritettävien oppituntien tulisi valmistaa heitä käyttämään samanlaisia laitteita pitemmän kantaman matkoilla tiellä, hän lisäsi.
