NASA a pornit un nou ceas atomic, extrem de precis, bazat pe spațiu, pe care agenția speră ca într-o bună zi să-l ajute pe navele spațiale să se conducă prin spațiu profund, fără să se bazeze pe ceasurile pământene.
Se numește Ceas Atomic Deep Space (DSAC) și funcționează prin măsurarea comportamentelor ionilor de mercur prinși în cadrul său mic. A fost pe orbită din iunie, dar a fost activată pentru prima dată cu succes pe 23 august. Nu este deloc strălucitoare - doar o cutie gri despre dimensiunea unui toaster cu patru felițe și plin de fire, Jill Seubert, un inginer aerospațial și unul dintre liderii proiectului de la NASA, a spus Live Science. Dar acea dimensiune neobișnuită este ideea: Suebert și colegii ei lucrează pentru a construi un ceas suficient de mic încât să se încarce pe orice navă spațială și suficient de precisă pentru a ghida manevrele complicate în spațiul adânc, fără nici o intrare de la verii săi de pe frigider.
Ai nevoie de un ceas precis pentru a-ți găsi drumul în jurul spațiului, deoarece este mare și gol. Există puține repere prin care să îți judeci poziția sau viteza, iar majoritatea sunt prea departe pentru a oferi informații precise. Așadar, fiecare decizie de a transforma o navă sau a arunca propulsoarele, a spus Seubert, începe cu trei întrebări: Unde sunt? Cât de repede mă mut? Și în ce direcție?
Cea mai bună modalitate de a răspunde la aceste întrebări este de a privi obiecte pentru care răspunsurile sunt deja cunoscute, cum ar fi emițătoarele radio pe Pământ sau sateliții GPS care urmează piese orbitale cunoscute prin spațiu. Trimiteți un semnal la viteza luminii cu timpul precis la punctul A și măsurați cât durează pentru a ajunge la punctul B. Aceasta vă spune distanța dintre A și B. Trimiteți încă două semnale din alte două locații și veți avea suficientă informație pentru a-ți da seama exact unde se află punctul B în spațiul tridimensional. (Așa funcționează software-ul GPS de pe telefonul dvs.: verificând constant diferențele minime de semnături de timp difuzate de diferiți sateliți orbitanți.)
Pentru a naviga în spațiu, NASA se bazează în prezent pe un sistem similar, dar mai puțin precis, a spus Seubert. Majoritatea ceasurilor atomice și a echipamentelor de difuzare sunt pe Pământ și formează colectiv ceea ce este cunoscut sub numele de rețea spațială profundă. Deci, de obicei, NASA nu poate calcula poziția și viteza unei nave spațiale din trei surse dintr-o dată. În schimb, agenția folosește o serie de măsurători pe măsură ce atât Pământul, cât și navele spațiale se deplasează prin spațiu în timp pentru a fixa direcția și poziția navei spațiale.
Pentru ca o navă spațială să știe unde se află, trebuie să primească un semnal de la rețeaua spațială profundă, să calculeze timpul necesar pentru a ajunge semnalul și să utilizeze viteza luminii pentru a determina distanța. "Pentru a face acest lucru foarte precis, trebuie să poată măsura acele momente - timpi transmise semnal și recepționat semnal - cât mai precis posibil. Și pe teren, când trimitem aceste semnale din rețeaua noastră spațială profundă, avem ceasuri atomice foarte precise și exact ", a spus Seubert. "Până acum, ceasurile pe care le-am avut, care sunt suficient de mici și de putere redusă pentru a zbura pe o navă spațială, sunt numite oscilatoare ultrastabile, ceea ce este o eroare completă. Nu sunt ultrastabile. Înregistrează acel semnal - a primit timp, dar este o precizie foarte scăzută ".
Deoarece datele despre locația de la bordul navei spațiale sunt atât de puțin de încredere, să ne gândim cum să navighezi - când să pornești un propulsor sau să schimbi cursul, de exemplu - este mult mai complicat și trebuie făcut pe Pământ. Cu alte cuvinte, oamenii de pe Pământ conduc navele spațiale de la sute de mii sau milioane de kilometri distanță.
„Dar dacă ați putea înregistra acel timp primit semnal la bord foarte precis cu un ceas atomic, acum aveți ocazia să colectați toate datele de urmărire la bord și să proiectați computerul și radioul dvs. astfel încât nava spațială să se poată conduce singură", ea a spus.
NASA și alte agenții spațiale au pus ceasuri atomice în spațiu înainte. Întreaga noastră flotă de satelit GPS transportă ceasuri atomice. Dar, în cea mai mare parte, sunt prea inexacte și nepăsătoare pentru munca pe termen lung, a spus Seubert. Mediul în spațiu este mult mai dur decât un laborator de cercetare pe Pământ. Temperaturile se schimbă pe măsură ce ceasurile intră și ies din lumina soarelui. Nivelurile de radiații merg în sus și în jos.
„Este o problemă binecunoscută a fluxului spațial și, de obicei, trimitem piese întărite cu radiații pe care le-am demonstrat că pot funcționa în diferite medii de radiații cu performanțe similare”, a spus ea.
Dar radiațiile încă schimbă modul în care funcționează electronica. Iar aceste schimbări afectează ceasurile atomice ale echipamentelor sensibile pentru a măsura alunecarea timpului, amenințând să introducă inexactități. De mai multe ori pe zi, a subliniat Seubert, forța aeriană încarcă corecții pe ceasurile sateliților GPS pentru a le feri de a nu se sincroniza cu ceasurile de pe sol.
Scopul DSAC, a spus ea, este de a stabili un sistem care să fie nu numai portabil și suficient de simplu pentru a fi instalat pe orice navă spațială, ci și suficient de rezistent pentru a opera în spațiu pe termen lung, fără a necesita ajustări constante din partea echipelor de pe Pământ.
Pe lângă faptul că permite o navigare mai precisă în spațiu profund folosind semnale pământene, un astfel de ceas ar putea într-o zi să lase astronauții de la avanposturile îndepărtate să se învârtă la fel cum facem cu dispozitivele noastre de mapare de pe Pământ, a spus Seubert. O mică flotă de sateliți echipată cu dispozitive DSAC ar putea orbita luna sau Marte, funcționând în locul sistemelor GPS pământești, iar această rețea nu ar necesita corecții de mai multe ori pe zi.
În drum, a spus ea, DSAC-urile sau dispozitive similare ar putea juca un rol în sistemele de navigație pulsar, ceea ce ar urmări momentul în care impulsurile de lumină de la alte sisteme stelare vor permite navei spațiale să poată naviga fără nicio intrare de pe Pământ.
Totuși, pentru anul următor, obiectivul este ca acest prim DSAC să funcționeze corect pe măsură ce orbitează aproape de Pământ.
„Ceea ce trebuie să facem este, în esență, să învățăm cum să reglăm ceasul pentru a funcționa corect în acel mediu”, a spus Seubert.
Lecțiile pe care echipajul DSAC le învață în timp ce ajustează dispozitivul în acest an ar trebui să le pregătească să utilizeze dispozitive similare în misiuni pe distanțe mai lungi pe drum, a adăugat ea.
