Будущее космической навигации почти наступило - ученые НАСА сообщили, что его атомные часы для дальнего космоса Deep Space Atomic Clock - это действительно новое поколение, и они в 10 раз точнее, чем любые другие конструкции атомных часов. Часы установлены на орбите, чтобы помочь зондам ориентироваться в глубоком космосе.
Новое исследование, проведенное Эриком Бертом из Лаборатории реактивного движения НАСА в США, сообщает о результатах первого года нахождения часов на орбите вокруг Земли, когда команда проверила реакцию часов на экстремальные условия космоса.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, показало, что краткосрочная и долгосрочная стабильность часов была в 10 раз лучше, чем у других современных часов, что на один шаг приблизило нас к односторонней навигации в глубоком космосе. В ближайшем будущем это технологическое достижение может стать основой для космических кораблей, исследующих Солнечную систему. Ошибка в доли секунды может иметь значение, выбравшись на орбиту вокруг небесного тела или заблудившись в глубинах космоса. Deep Space Atomic Clock в 10 раз лучше нынешних космических часов и имеет отклонение не более 4 наносекунд за 23 дня. Это означает, что потребуется 15,74 миллиона лет, чтобы отклониться на одну секунду.
Атомные часы Deep Space Atomic Clock могут произвести революцию в навигации в глубоком космосе. Одним из ключевых требований для демонстрации технологии была компактная конструкция. Здесь показан полный комплект оборудования, его длина с каждой стороны составляет всего около 25 сантиметров. Фото: NASA/JPL-Caltech
Итак, как это работает?
Атомные часы, которые используются на Земле, обычно слишком велики и громоздки для отправки в космос, где важен каждый грамм. Точные измерения выполняются на Земле, причем рассматриваемый космический корабль или спутник имеет двустороннюю связь с наземным управлением, чтобы определить, сколько времени здесь. Эта связь усложняется по мере удаления в космос рассматриваемой миссии.
Жители Земли обычно могут рассчитывать на GPS, чтобы найти наш путь, но космические корабли, летящие за пределы нашей планеты, не имеют такой роскоши - в настоящее время им необходимо получать навигационные сигналы с Земли, а затем отправлять их обратно. Сверхточные атомные часы на земле измеряют время, необходимое для отражения сигналов, и, зная, что сигналы движутся со скоростью света, астрономы могут вычислить положение космического корабля, скорость его движения и способы корректировки его курса.
Но чем дальше космический корабль от Земли, тем больше времени требуется для прохождения сигналов. Наличие точных бортовых атомных часов позволило бы космическому кораблю вычислять свою скорость и положение, что значительно ускорило и упростило навигацию к Марсу и за его пределами.
Такие часы должны иметь точность до нескольких миллиардных долей секунды и быть сверхстабильными (то есть их измерение в данной единице времени не может измениться).
Ответ НАСА на эту проблему - Атомные часы для глубокого космоса Deep Space Atomic Clock. Запущенные на орбиту в 2019 году, они немного отличаются от других атомных часов, которые основаны на измерении атомов, заключенных в коробку, при этом колебания атомов действуют как маятник в старинных часах. Однако со временем столкновения атомов со стенкой коробки влияют на стабильность часов.
Часы Deep Space Atomic Clock устраняют эту проблему, удерживая атомы электромагнитным путем в так называемой конструкции «захваченных иона».
Это новое исследование показало, что на часы в основном не влияли экстремумы орбиты - на самом деле, авторы пишут, что они «особенно подходят для космической среды из-за своей низкой чувствительности к изменениям радиации, температуры и магнитных полей».
Они приходят к выводу: «Такой уровень характеристик космических часов позволит осуществлять одностороннюю навигацию, при которой время задержки сигнала измеряется на месте, что делает возможной навигацию зондов дальнего космоса в режиме, близком к реальному времени».
Источник: Cosmos Magazine
