NASA ir ieslēdzis jaunu, īpaši precīzu, kosmosā bāzētu atomu pulksteni, kuru aģentūra cer, ka kādu dienu palīdzēs kosmosa kuģim izbraukt sevi caur dziļu kosmosu, nepaļaujoties uz Zemes pulksteņiem.
To sauc par dziļā kosmosa atomu pulksteni (DSAC), un tas darbojas, izmērot dzīvsudraba jonu izturēšanos, kas iesprostots tā mazajā ietvarā. Tā ir bijusi orbītā kopš jūnija, bet tā pirmo reizi tika veiksmīgi aktivizēta 23. augustā. Tas nepavisam nav spilgts - tikai pelēka rūtiņa, kas ir četru šķēlīšu tostera izmēra un pilna ar vadiem, saka Džils Seuberts, kosmosa inženieris un viens projekta vadītāju NASA, pastāstīja Live Science. Tomēr jēga ir tāda, ka tas nav mazspējīgs: Sjūberta un viņas kolēģi strādā, lai izstrādātu pietiekami mazu pulksteni, lai to varētu ielādēt jebkurā kosmosa kuģī, un pietiekami precīzi, lai vadītu sarežģītus manevrus dziļā kosmosā bez jebkāda ledusskapja izmēra brālēnu ieguldījuma uz Zemes.
Jums nepieciešams precīzs pulkstenis, lai atrastu ceļu kosmosā, jo tas ir liels un tukšs. Ir daži orientieri, pēc kuriem var spriest par jūsu stāvokli vai ātrumu, un vairums ir pārāk tālu, lai piedāvātu precīzu informāciju. Tātad katrs lēmums pagriezt kuģi vai apšaudīt tā dzinējus, sacīja Seuberts, un sākas ar trim jautājumiem: kur es esmu? Cik ātri es pārvietojos? Un kādā virzienā?
Labākais veids, kā atbildēt uz šiem jautājumiem, ir aplūkot objektus, uz kuriem atbildes jau ir zināmas, piemēram, radio raidītājus uz Zemes vai GPS satelītus, kas seko zināmiem orbītas celiņiem caur kosmosu. Izsūtiet signālu gaismas ātrumā ar precīzu laiku punktā A un izmēriet, cik ilgs laiks nepieciešams, lai nokļūtu punktā B. Tas norāda attālumu starp A un B. Nosūtiet vēl divus signālus no vēl divām vietām, un jums būs pietiekami daudz informācijas, lai precīzi izdomātu, kur punkts B atrodas trīsdimensiju telpā. (Tā darbojas jūsu tālruņa GPS programmatūra: pastāvīgi pārbaudot atšķirības starp dažādu orbītā pavadoņu satelītu pārraidītajiem laika parakstiem.)
Lai orientētos kosmosā, NASA šobrīd paļaujas uz līdzīgu, bet ne tik precīzu sistēmu, sacīja Seuberts. Lielākā daļa atomu pulksteņu un apraides iekārtu atrodas uz Zemes, un tie kopā veido to, kas pazīstams kā Deep Space Network. Tātad NASA parasti nevar aprēķināt kosmosa kuģa atrašanās vietu un ātrumu no trim avotiem vienā piegājienā. Tā vietā aģentūra izmanto virkni mērījumu, jo gan Zeme, gan kosmosa kuģis laika gaitā pārvietojas pa kosmosu, lai noteiktu kosmosa kuģa virzienu un pozīciju.
Lai kosmosa kuģis zinātu, kur tas atrodas, tam jāsaņem signāls no Deep Space Network, jāaprēķina laiks, kas vajadzīgs signāla nonākšanai, un jāizmanto gaismas ātrums, lai noteiktu attālumu. "Lai to izdarītu ļoti precīzi, jūs jāspēj pēc iespējas precīzāk izmērīt šos laikus - signālu nosūtīto un saņemto laiku. Un, kad mēs sūtam šos signālus no mūsu dziļā kosmosa tīkla, mums ir atomu pulksteņi, kas ir ļoti precīzi un precīzi, "sacīja Seuberts. "Līdz šim mūsu rīcībā esošie pulksteņi, kas ir pietiekami mazi un ar mazu enerģijas patēriņu, lai lidotu ar kosmosa kuģi, tiek saukti par ultrastabiliem oscilatoriem, kas ir pilnīgs nepareizs nosaukums. Viņi nav ultratableti. Viņi reģistrē šo signālu- saņemtais laiks, taču tā ir ļoti zema ar precizitāti. "
Tā kā atrašanās vietas dati uz kosmosa kuģa ir tik neuzticami, izdomāt, kā navigēt - piemēram, kad ieslēgt virzītāju vai mainīt kursu - ir daudz sarežģītāk, un tas ir jādara uz Zemes. Citiem vārdiem sakot, cilvēki uz Zemes ved kosmosa kuģi no simtiem tūkstošu vai miljonu jūdžu attālumā.
"Bet, ja jūs varētu ļoti precīzi reģistrēt šo signāla saņemto laiku uz kuģa ar atomu pulksteni, tagad jums ir iespēja savākt visus šos izsekošanas datus uz kuģa un noformēt datoru un radio tā, lai kosmosa kuģis pats varētu vadīt," viņa teica.
NASA un citas kosmosa aģentūras jau agrāk ir izvietojušas kosmosa atomu pulksteņus. Visa mūsu GPS satelīta flote satur atompulksteņus. Bet lielākoties viņi ir pārāk neprecīzi un smagnēji ilgstošam darbam, sacīja Seuberts. Vide kosmosā ir daudz rupjāka nekā Zemes pētniecības laboratorija. Temperatūra mainās, kad pulksteņi iet saules gaismā. Radiācijas līmenis iet uz augšu un uz leju.
"Tā ir labi zināma kosmosa lidojuma problēma, un mēs parasti sūtām ar radiāciju rūdītas detaļas, kuras mēs esam nodemonstrējuši, ka tās var darboties dažādās starojuma vidēs ar līdzīgu izpildījumu," viņa sacīja.
Bet starojums joprojām maina elektronikas darbību. Un šīs izmaiņas ietekmē jutīgo iekārtu atomu pulksteņus, ko izmanto laika nobīdes mērīšanai, draudot ieviest neprecizitātes. Vairākas reizes dienā, norādīja Seuberts, Gaisa spēki augšupielādē labojumus GPS satelītu pulksteņos, lai tie nezustu no sinhronizācijas ar pulksteņiem uz zemes.
Viņa sacīja, ka DSAC mērķis ir izveidot sistēmu, kas ir ne tikai pārnēsājama un pietiekami vienkārša, lai to uzstādītu uz jebkura kosmosa kuģa, bet arī pietiekami izturīga, lai ilgstoši darbotos kosmosā, neprasot no Zemes bāzētu komandu pastāvīgus pielāgojumus.
Papildus tam, ka tas ļauj precīzākai navigācijai dziļajā kosmosā, izmantojot Zemes signālus, šāds pulkstenis kādu dienu varētu ļaut astronautiem attālās priekšposteņos apbraukt tāpat kā mēs ar mūsu kartēšanas ierīcēm uz Zemes, sacīja Seuberts. Neliels ar DSAC ierīcēm aprīkots satelītu parks varētu riņķot ap Mēnesi vai Marsu, darbojoties Zemes GPS sistēmu vietā, un šim tīklam vairākas reizes dienā nav nepieciešami labojumi.
Pēc viņa teiktā, DSAC vai līdzīgām ierīcēm varētu būt nozīme pulsara navigācijas sistēmās, kas varētu izsekot laika grafikam, piemēram, gaismas pulsācijai no citām zvaigžņu sistēmām, lai kosmosa kuģi varētu pārvietoties bez jebkādas Zemes ievada.
Tomēr nākamajam gadam mērķis ir panākt, lai šī pirmā DSAC darbotos pareizi, jo tā riņķo apkārt Zemei.
"Mums galvenokārt jāiemācās noskaņot pulksteni, lai tas šajā vidē darbotos pareizi," sacīja Seuberts.
Nodarbībām, kuras DSAC apkalpe apgūst, noregulējot ierīci šogad, vajadzētu viņus sagatavot līdzīgu ierīču izmantošanai tālāka mēroga misijās uz ceļa, viņa piebilda.
