NASA zapnul nové, velmi přesné atomové hodiny založené na vesmíru, které agentura doufá, že jednoho dne pomohou kosmické lodi projet se hlubokým vesmírem, aniž by se spoléhaly na pozemské hodiny.
Říká se tomu atomový hodiny Deep Space Atomic Clock (DSAC) a funguje tak, že měří chování iontů rtuti uvězněných v malém rámečku. Je na oběžné dráze od června, ale poprvé byl úspěšně aktivován 23. srpna. Vůbec to není honosné - jen šedá krabička o velikosti toustovače se čtyřmi plátky a plných drátů, Jill Seubert, letecký inženýr a jeden z vůdců projektu v NASA, řekl Live Science. Ale tato nenáročná velikost je důležitá: Suebert a její kolegové pracují na tom, aby vytvořili hodiny dostatečně malé na to, aby se naložily na jakoukoli kosmickou loď a dostatečně přesné, aby vedly složité manévry v hlubokém vesmíru, aniž by vstupovaly od svých bratranců velikosti Země na Zemi.
K nalezení cesty kolem vesmíru potřebujete přesné hodiny, protože jsou velké a prázdné. Existuje několik orientačních bodů, podle kterých lze posoudit vaši polohu nebo rychlost, a většina z nich je příliš daleko na to, aby poskytla přesné informace. Takže každé rozhodnutí otočit loď nebo vypálit její pohonné látky, řekl Seubert, začíná třemi otázkami: Kde jsem? Jak rychle se pohybuji? A jakým směrem?
Nejlepší způsob, jak odpovědět na tyto otázky, je podívat se na objekty, pro které jsou odpovědi již známy, jako jsou rádiové vysílače na Zemi nebo GPS satelity sledující známé orbitální stopy vesmírem. Vysílejte signál rychlostí světla s přesným časem v bodě A a změřte, jak dlouho trvá, než se dostanete do bodu B. To vám řekne vzdálenost mezi A a B. Pošlete další dva signály ze dvou dalších míst a budete mít dostatek informací, aby bylo možné přesně zjistit, kde je bod B v trojrozměrném prostoru. (Takto funguje software GPS v telefonu: neustálým sledováním drobných rozdílů v časových podpisech vysílaných různými oběžnými satelity.)
Pro navigaci v prostoru NASA v současnosti spoléhá na podobný, ale méně přesný systém, řekl Seubert. Většina atomových hodin a vysílacího zařízení je na Zemi a společně vytvářejí tzv. Síť hlubokého vesmíru. NASA tedy obvykle nemůže vypočítat polohu a rychlost kosmické lodi ze tří zdrojů najednou. Místo toho agentura používá řadu měření, protože jak Země, tak kosmická loď se v průběhu času pohybují vesmírem, aby zmírnily směr a polohu kosmické lodi.
Aby mohla kosmická loď vědět, kde je, potřebuje přijmout signál z Hlubinné kosmické sítě, vypočítat čas, který trvalo, než signál dorazí, a pomocí rychlosti světla určit vzdálenost. " musíme být schopni měřit tyto časy - časy vysílaného a přijímaného signálu - co nejpřesněji. A na zemi, když posíláme tyto signály z naší sítě hlubokého vesmíru, máme atomové hodiny, které jsou velmi přesné a přesný, “řekl Seubert. „Až dosud jsou hodiny, které jsme měli, dostatečně malé a dostatečně výkonné, aby mohly létat na kosmické lodi, nazývají se ultrastabilní oscilátory, což je úplný omyl. Nejsou ultrastabilní. Zaznamenávají ten signál - obdržel čas, ale je to velmi nízká přesnost. “
Protože údaje o poloze na palubě kosmické lodi jsou tak nespolehlivé, vymyslet, jak navigovat - kdy například zapnout pohonnou jednotku nebo změnit kurz - je mnohem složitější a musí být provedeno na Zemi. Jinými slovy, lidé na Zemi řídí kosmickou loď ze stovek tisíců nebo miliónů mil daleko.
"Ale pokud dokážete zaznamenat tento čas přijímaný signálem na palubě velmi přesně s atomovými hodinami, máte nyní možnost shromáždit všechna tato sledovací data na palubě a navrhnout počítač a rádio tak, aby kosmická loď mohla řídit sama sebe," ona řekla.
NASA a další kosmické agentury dříve umístily atomové hodiny do vesmíru. Celá naše satelitní flotila GPS nese atomové hodiny. Ale z velké části jsou příliš nepřesní a těžkopádní pro dlouhodobou práci, řekl Seubert. Prostředí ve vesmíru je mnohem drsnější než výzkumná laboratoř na Zemi. Teploty se mění, jak hodiny přecházejí a vystupují ze slunečního světla. Úrovně záření stoupají a klesají.
"Je to známý problém kosmického letu a obvykle vysíláme části, které jsou odolné vůči záření, které jsme prokázali, že mohou fungovat v různých radiačních prostředích s podobnými výkony," uvedla.
Avšak záření stále mění způsob práce elektroniky. A tyto změny mají dopad na citlivé zařízení, které atomové hodiny používají k měření času sklouzávání, hrozí, že zavede nepřesnosti. Letadlo několikrát denně zdůrazňovalo, že letectvo nahraje opravy do hodin GPS satelitů, aby je zabránilo synchronizaci s hodinami na zemi.
Cílem DSAC je, jak říká, vytvořit systém, který je nejen dostatečně přenosný a jednoduchý na to, aby byl nainstalován na jakékoli kosmické lodi, ale také dostatečně odolný na to, aby mohl dlouhodobě operovat v kosmu, aniž by vyžadoval neustálé úpravy ze strany pozemských týmů.
Kromě umožnění přesnější navigace v hlubokém vesmíru pomocí pozemských signálů by takové hodiny mohly jednoho dne nechat astronauty na vzdálených základnách obejít se stejně jako my s našimi mapovacími zařízeními na Zemi, řekl Seubert. Malá flotila satelitů vybavených zařízeními DSAC by mohla obíhat kolem Měsíce nebo Marsu, fungující místo pozemských GPS systémů, a tato síť by nevyžadovala opravy několikrát denně.
Po silnici, řekla, by DSAC nebo podobná zařízení mohly hrát roli v pulsarových navigačních systémech, které by sledovaly načasování věcí, jako je pulzování světla z jiných hvězdných systémů, aby umožnily kosmické lodi navigovat bez jakéhokoli vstupu ze Země.
Pro příští rok je však cílem zajistit, aby tento první DSAC správně fungoval, protože obíhá blízko Země.
„Musíme se v zásadě naučit, jak naladit hodiny, aby v tomto prostředí fungovaly správně,“ řekl Seubert.
Lekce, které se posádka DSAC naučí při ladění zařízení v letošním roce, by je měla připravit na použití podobných zařízení na misích s dlouhým dosahem po silnici, dodala.
