NASA tester atomur til dyb rumnavigation

I det dybe rum, nøjagtig tidtagning er afgørende for navigation, men mange rumfartøjer mangler præcise ure om bord. I 20 år, NASA's Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, har perfektioneret et ur. Det er ikke et armbåndsur; ikke noget man kan købe i en butik. Det er Deep Space Atomic Clock (DSAC), et instrument perfekt til udforskning af det dybe rum.

I øjeblikket, de fleste missioner er afhængige af jordbaserede antenner parret med atomure til navigation. Jordantenner sender snævert fokuserede signaler til rumfartøjer, hvilken, på tur, returnere signalet. NASA bruger forskellen i tid mellem at sende et signal og modtage et svar til at beregne rumfartøjets placering, hastighed og vej.

Denne metode, selvom det er pålideligt, kunne gøres meget mere effektivt. For eksempel, en jordstation skal vente på, at rumfartøjet returnerer et signal, så en station kan kun spore et rumfartøj ad gangen. Dette kræver, at rumfartøjer venter på navigationskommandoer fra Jorden i stedet for at træffe disse beslutninger om bord og i realtid.

"At navigere i det dybe rum kræver måling af store afstande ved at bruge vores viden om, hvordan radiosignaler udbreder sig i rummet, " sagde Todd Ely fra JPL, DSAC's hovedefterforsker. "At navigere rutinemæssigt kræver afstandsmålinger, der er nøjagtige til en meter eller bedre. Da radiosignaler rejser med lysets hastighed, det betyder, at vi skal måle deres flyvetid med en præcision på nogle få nanosekunder. Atomure har gjort dette rutinemæssigt på jorden i årtier. At gøre dette i rummet er, hvad DSAC handler om."

DSAC-projektet har til formål at give nøjagtig tidtagning ombord til fremtidige NASA-missioner. Rumfartøjer, der bruger denne nye teknologi, ville ikke længere være afhængige af to-vejs sporing. Et rumfartøj kunne bruge et signal sendt fra Jorden til at beregne position uden at returnere signalet og vente på kommandoer fra jorden, en proces, der kan tage timer. Rettidig placeringsdata og indbygget kontrol muliggør mere effektiv drift, mere præcis manøvrering og justeringer til uventede situationer.

Dette paradigmeskift gør det muligt for rumfartøjer at fokusere på missionsmål i stedet for at justere deres position til at pege antenner mod jorden for at lukke en forbindelse til to-vejs sporing.

Derudover denne innovation ville gøre det muligt for jordstationer at spore flere satellitter på én gang nær overfyldte områder som Mars. I visse scenarier, nøjagtigheden af ​​disse sporingsdata ville overstige traditionelle metoder med en faktor på fem.

DSAC er en avanceret prototype af en lille, lavmasse atomur baseret på kviksølv-ion fælde teknologi. Atomurene på jordstationerne i NASAs Deep Space Network er omtrent på størrelse med et lille køleskab. DSAC er omtrent på størrelse med en brødrister med fire skiver, og kan miniaturiseres yderligere til fremtidige missioner.

DSAC-testflyvningen vil tage denne teknologi fra laboratoriet til rummiljøet. Mens man er i kredsløb, DSAC-missionen vil bruge navigationssignalerne fra amerikansk GPS kombineret med præcis viden om GPS-satellitkredsløb og ure til at bekræfte DSAC's ydeevne. Demonstrationen skulle bekræfte, at DSAC kan opretholde tidsnøjagtigheden til bedre end to nanosekunder (0,000000002 sekunder) over en dag, med et mål om at opnå 0,3 nanosekunders nøjagtighed.

Når DSAC har bevist sin duelighed, fremtidige missioner kan bruge dens teknologiforbedringer. Uret lover øget sporingsdatamængde og forbedret sporingsdatakvalitet. Kobling af DSAC med indbygget radionavigation kan sikre, at fremtidige udforskningsmissioner har de navigationsdata, der er nødvendige for at krydse solsystemet.

Teknologier ombord på DSAC kan også forbedre GPS-urets stabilitet og, på tur, tjenesten GPS leverer til brugere over hele verden. Jordbaserede testresultater har vist, at DSAC er op mod 50 gange mere stabil end de atomure, der i øjeblikket flyves på GPS. DSAC lover at være det mest stabile navigationsrumsur, der nogensinde er fløjet.

"Vi har høje mål for at forbedre deep space navigation og videnskab ved hjælp af DSAC, " sagde Ely. "Det kan have en reel og øjeblikkelig virkning for alle her på Jorden, hvis det bruges til at sikre tilgængeligheden og den fortsatte ydeevne af GPS-systemet."