Рано вчера сутринта НАСА изстреля космическа ракета SpaceX Falcon Heavy в орбита с хоризонтална пътека от научни мисии на борда. Един от най-интригуващите полезни натоварвания беше часовник, който ще отметне за около година, докато обикаля планетата. Но това не е обикновен часовник: Deep Space Atomic Clock е технология, която би могла да направи навигацията в дълбокото пространство много по-лесна в бъдеще.
Касандра Брабов от Space.com съобщава, че повечето сонди, изпратени в Космоса, се проследяват от Земята чрез радиовълни, които пътуват със светлинна скорост. Сигнал се изпраща от Земята и веднага се връща към контрола на мисията, което позволява на манипулаторите на сондата да изчислят точното й положение въз основа на това колко време е било необходимо на сигнала да ги достигне. Този процес се разчита на Deep Space Network на НАСА, масив от радио антени, който може да се справи само с толкова космически трафик във всеки даден момент.
Ако сондите са имали достатъчно стабилни и точни часовници, за да им позволят да направят своя собствен курс, те биха могли да направят част от тази навигация автономно, съобщава Джонатан Амос в BBC.
„Автономната бордова навигация означава, че космически кораб може да изпълнява собствената си навигация в реално време, без да чака указанията да бъдат изпратени от навигатори обратно тук, на Земята“, заяви наскоро заместник-главният изследовател Джил Сюбърт пред репортери на пресконференция. Космическият апарат за самоуправление също е ключова част за пускането на хората на Марс. „И с тази възможност космически кораб с екипаж може да бъде доставен безопасно до площадка за кацане с по-малка несигурност по пътя им.“
Но дори и най-хубавият Rolex няма да го реже в пространството. Кварцовите кристали се колебаят с редовна честота, когато електрическият ток преминава през тях, поради което те са свикнали в часовници, за да следят времето. Те са достатъчно прецизни, когато става въпрос за ставане за работа или за хващане на влак, но не са почти достатъчно точни сами по себе си, за да се движите в дълбокото пространство. Те могат да загубят пълна милисекунда в продължение на шест седмици, което би било пагубно за космическата сонда.
За да се постигне точността на милиарда от секундата, необходима за прелитане през Космоса, е необходим атомен часовник, приспособление, което тренира кварцовия си кристал до колебанията на определени атоми. Електроните около тези атоми заемат ясно изразени енергийни нива, или орбита, и е необходим прецизен тласък на електричеството, за да ги накара да премине към следващото енергийно ниво. „Фактът, че разликата в енергията между тези орбити е толкова точна и стабилна стойност, наистина е основната съставка за атомните часовници“, казва в прессъобщение Ерик Бърт, физик на атомния часовник от НАСА. „Това е причината атомните часовници да достигнат ниво на производителност извън механичните часовници.“
В атомен часовник честотата на кварцовия осцилатор е добре настроена, за да съответства на енергията, необходима за изскачане на електрони, на ново енергийно ниво. Когато кварцът вибрира с правилната честота, електроните ще скочат до следващото енергийно ниво. Ако не го направят, часовникът знае, че честотата е изключена и може да се коригира, процес, който се случва на всеки няколко секунди.
В момента повечето наземни атомни часовници са с размер на хладилник. Влезте в атомния часовник Deep Space, с който инженерите на НАСА се занимават почти 20 години. Приспособлението, с размерите на тостер, използва заредени живачни йони, за да поддържа истински кварцовия си осцилатор и губи само около една наносекунда за четири дни. Биха били нужни около 10 милиона години, за да може часовникът да бъде изключен с една секунда, което го прави около 50 пъти по-стабилен от точните часовници, използвани в GPS сателитната навигация.
В момента часовникът е в ниска земна орбита и ще се включи след четири до седем седмици. След три до четири седмици на работа изследователите ще анализират предварителните му показатели и ще дадат окончателна присъда за това колко добре работи в космоса, след като приближи около планетата около година.
Ако часовникът е достатъчно стабилен, според изявление на НАСА, той може да започне да се появява в космически кораби до 2030-те. Независимо дали тази версия оцелява или не, атомните часовници или подобна технология ще бъдат от решаващо значение при бъдещи космически мисии в други светове.
„Атомният часовник с дълбок космос ще има възможност да помага в навигацията, не само локално, но и на други планети“, казва Бърт. "Един от начините да мислим за това е все едно имаме GPS на други планети."
Други експерименти, които влязоха в орбита с часовника, включват Green Propellant Infusion Mission, която тества система, която използва високоефективно, нетоксично космическо гориво, и експеримента Enhanced Tandem Beacon, който ще изследва мехурчетата в електрически заредените слоеве от земната атмосфера, която понякога може да пречи на GPS сигналите.
