Deep Space Atomic Clock bevæger sig mod øget rumfartøjs autonomi

Rumfartøjer, der vove sig ud over vores måne, er afhængige af kommunikation med jordstationer på jorden for at finde ud af, hvor de er, og hvor de skal hen. NASAs Deep Space Atomic Clock arbejder på at give disse fjerntliggende opdagelsesrejsende mere autonomi, når de navigerer. I et nyt papir offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur , missionen rapporterer fremskridt i deres arbejde med at forbedre rumbaserede atomures evne til at måle tiden konsekvent over lange perioder.

Kendt som stabilitet, denne funktion påvirker også driften af ​​GPS -satellitter, der hjælper mennesker med at navigere på Jorden, så dette arbejde har også potentiale til at øge autonomi for næste generations GPS-rumfartøjer.

For at beregne banen for et langt rumfartøj, ingeniører sender signaler fra rumfartøjet til Jorden og tilbage. De bruger atomure i køleskabsstørrelse på jorden til at registrere timingen af ​​disse signaler, hvilket er vigtigt for præcist at måle rumfartøjets position. Men for robotter på Mars eller fjernere destinationer, venter på signalerne til at gøre turen kan hurtigt tilføje op til titalls minutter eller endda timer.

Hvis disse rumfartøjer bar atomure, de kunne beregne deres egen position og retning, men urene skulle være meget stabile. GPS -satellitter bærer atomure for at hjælpe os med at komme til vores destinationer på Jorden, men disse ure kræver opdateringer flere gange om dagen for at opretholde det nødvendige stabilitetsniveau. Deep space-missioner ville kræve mere stabile rumbaserede ure.

Administreret af NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien, Deep Space Atomic Clock har opereret ombord på General Atomics Orbital Test Bed-rumfartøj siden juni 2019. Den nye undersøgelse rapporterer, at missionsteamet har sat en ny rekord for langsigtet atomurstabilitet i rummet, når mere end 10 gange stabiliteten af ​​nuværende rumbaserede atomure, herunder dem på GPS -satellitter.

Når hvert nanosekund tæller

Alle atomure har en vis grad af ustabilitet, der fører til en forskydning i urets tid versus den faktiske tid. Hvis det ikke rettes, forskydningen, mens den er lille, stiger hurtigt, og med rumfartøjsnavigation, selv en lille forskydning kan have drastiske virkninger.

Et af hovedmålene med Deep Space Atomic Clock -missionen var at måle urets stabilitet over længere og længere perioder, for at se, hvordan det ændrer sig med tiden. I det nye papir, teamet rapporterer om et stabilitetsniveau, der fører til en tidsafvigelse på mindre end fire nanosekunder efter mere end 20 dages drift.

"Som hovedregel, en usikkerhed på et nanosekund i tid svarer til en afstandsusikkerhed på omkring en fod, "sagde Eric Burt, en atomurfysiker til missionen på JPL og medforfatter af det nye papir. "Nogle GPS -ure skal opdateres flere gange om dagen for at opretholde dette niveau af stabilitet, og det betyder, at GPS er stærkt afhængig af kommunikation med jorden. Deep Space Atomic Clock skubber dette ud til en uge eller mere, dermed potentielt give en applikation som GPS meget mere autonomi. "

Stabiliteten og den efterfølgende tidsforsinkelse, der er rapporteret i det nye papir, er cirka fem gange bedre end hvad teamet rapporterede i foråret 2020. Dette repræsenterer ikke en forbedring af selve uret, men i holdets måling af urets stabilitet. Længere driftsperioder og næsten et helt år med yderligere data gjorde det muligt at forbedre præcisionen af ​​deres måling.

Deep Space Atomic Clock -missionen afsluttes i august, men NASA meddelte, at arbejdet med denne teknologi fortsætter:Deep Space Atomic Clock-2, en forbedret version af den banebrydende tidtager, vil flyve på VERITAS (forkortelse for Venus Emissivity, Radiovidenskab, InSAR, Topografi, og spektroskopi) mission til Venus. Ligesom forgængeren, det nye rumur er en teknologisk demonstration, hvilket betyder, at dens mål er at fremme kapaciteter i rummet ved at udvikle instrumenter, hardware, software, eller lignende, der ikke findes i øjeblikket. Bygget af JPL og finansieret af NASA's Space Technology Mission Directorate (STMD), det ultrapræcise kloksignal, der genereres med denne teknologi, kan hjælpe med at muliggøre autonom rumfartøjsnavigation og forbedre radiovidenskabelige observationer af fremtidige missioner.

"NASAs udvalg af Deep Space Atomic Clock-2 på VERITAS taler til denne teknologis løfte, "sagde Todd Ely, Deep Space Atomic Clock hovedforsker og projektleder hos JPL. "På VERITAS, vi sigter mod at sætte dette næste generations rumur gennem sine skridt og demonstrere dets potentiale for dyb rumnavigation og videnskab. "