Varhain eilen aamulla NASA käynnisti SpaceX Falcon Heavy -raketin kiertoradalla tiedeoperaatioiden aseman ollessa laivalla. Yksi mielenkiintoisimmista hyötykuormista oli kello, joka kiinnittyy noin vuoden ympäri, kun se kiertää planeettaa. Mutta tämä ei ole tavallinen kello: Deep Space Atomic Clock on tekniikka, joka voi tulevaisuudessa helpottaa navigointia syvässä tilassa.
Space.com-sivuston Kasandra Brabaw raportoi, että useimpia kosmokseen lähetettyjä koettimia seurataan maasta radioaallon kautta, joka kulkee valonopeudella. Maasta lähetetään signaali, joka palautetaan heti takaisin operaation hallintaan, jolloin anturin käsittelijät voivat laskea tarkan sijaintinsa sen perusteella, kuinka kauan signaalin kuluminen saavutti heidät. Tämä prosessi perustuu NASA: n Deep Space Network -verkkoon, radioantenniryhmään, joka pystyy käsittelemään vain niin paljon avaruusliikennettä milloin tahansa.
Jos koettimien kellot olisivat kuitenkin riittävän vakaita ja tarkkoja, jotta he pystyisivät kartoittamaan oman kurssinsa, he voisivat kuitenkin suorittaa osan kyseisestä navigoinnista, raportoi Jonathan Amos BBC: llä.
”Autonominen navigointi laivalla tarkoittaa, että avaruusalus voi suorittaa oman navigointinsa reaaliajassa odottamatta, että navigaattorit lähettävät ohjeita takaisin tänne maan päälle”, apututkija Jill Seubert kertoi äskettäin lehdistötilaisuudessa toimittajille. Itse ajavat avaruusalukset ovat myös tärkeä osa ihmisten saattamista Marsiin. "Ja tällä kyvyllä ihmisen miehitetty avaruusalus voidaan kuljettaa turvallisesti laskeutumispaikalle, jolloin heidän tiellä on vähemmän epävarmuutta."
Mutta edes mukavin Rolex ei leikkaa sitä avaruudessa. Kvartsikiteet värähtelevät säännöllisellä taajuudella, kun sähkövirta kulkee niiden läpi, minkä vuoksi ne ovat tottuneet kelloihin ajan seuraamiseksi. Ne ovat riittävän tarkkoja töihin nousemisen tai junan sieppaamisen suhteen, mutta he eivät ole melko riittävän tarkkoja yksin syvässä avaruudessa navigoimiseksi. He voivat menettää täydellisen millisekunnin kuuden viikon aikana, mikä olisi tuhoisaa avaruuskoettimelle.
Jotta saavutettaisiin miljardin sekunnin tarkkuus, jota tarvitaan lentääkseen kosmoksen läpi, tarvitaan atomikello, laite, joka kouluttaa kvartsikiteensä tiettyjen atomien värähtelyihin. Näiden atomien ympärillä olevat elektronit miehittävät erilliset energiatasot tai kiertoradat, ja sähkön tarkka suihkuttelu aiheuttaa niiden siirtymisen seuraavalle energiatasolle. "Se, että näiden kiertoratojen energiaero on niin tarkka ja vakaa, on todella avaintekijä atomikelloille", NASA: n Jet Propulsion -laboratorion atomikellofyysikko Eric Burt sanoo lehdistötiedotteessa. "Se on syy siihen, että atomikellot voivat saavuttaa suorituskykytason mekaanisten kellojen ulkopuolella."
Atomikellossa kvartsioskillaattorin taajuus on hienosäädetty vastaamaan energiaa, joka tarvitaan elektronien pop-uuteen uudelle energiatasolle. Kun kvartsi värisee oikealla taajuudella, elektronit hyppäävät seuraavalle energiatasolle. Jos he eivät, kello tietää, että taajuus on pois päältä ja pystyy korjaamaan itsensä, prosessi, joka tapahtuu muutaman sekunnin välein.
Tällä hetkellä suurin osa maanpäällisistä atomikelloista on jääkaapin kokoisia. Anna syväavaruuskello, jonka kanssa NASA-insinöörit ovat houkutelleet jo lähes 20 vuotta. Pieni leivänpaahdin kokoinen laite käyttää ladattuja elohopea-ioneja pitääkseen kvartsioskillaattorinsa paikkansa ja menettää vain noin yhden nanosekunnin neljän päivän aikana. Kellon nollaaminen sekunnilla kesti noin 10 miljoonaa vuotta, mikä tekee siitä noin 50 kertaa vakaamman kuin GPS-satelliittinavigoinnissa käytettävät tarkat kellot.
Kello on tällä hetkellä matalalla Maan kiertoradalla ja käynnistyy neljästä seitsemään viikkoa. Kolmen tai neljän viikon käytön jälkeen tutkijat analysoivat sen alustavaa suoritusta ja antavat lopullisen arvion siitä, kuinka hyvin se toimii avaruudessa sen jälkeen, kun se on zoomaannut planeetan ympäri vuoden.
Jos kello on riittävän vakaa, NASA: n lausunnon mukaan se voisi alkaa näkyä avaruusaluksissa 2030-luvulla. Joko tämä versio säilyy vai ei, atomikelloilla tai vastaavalla tekniikalla on merkitystä tulevissa avaruusmatkoissa muihin maailmoihin.
"Syvän avaruuden atomikello pystyy auttamaan navigoinnissa, ei vain paikallisesti, mutta myös muilla planeetoilla", Burt sanoo. "Yksi tapa ajatella sitä on kuin meillä olisi GPS muilla planeetoilla."
Muihin kokeisiin, jotka menivät kiertoradalle kellon kanssa, kuuluu Green Propellant Infusion Mission, joka testaa järjestelmää, joka käyttää korkean suorituskyvyn myrkytöntä avaruuspolttoainetta, ja Enhanced Tandem Beacon Experiment, joka tutkii kuplia sähköisesti varautuneissa kerroksissa. Maan ilmakehästä, joka voi joskus häiritä GPS-signaaleja.
