Как новые атомные часы могут революционизировать космические путешествия

Путешествовать по солнечной системе в один прекрасный день будет так же просто, как ехать на автобусе на работу. Ученые предполагают, что космические корабли с автоматическим управлением будут перевозить людей в глубоком космосе, а GPS-подобные системы будут направлять их .

Но для этих футуристических навигационных схем космические корабли и спутники должны быть оснащены часами, которые показывают время с предельной точностью — точнее, чем любые часы, когда-либо отправленные в космос.

Опытный образец таких часов планируется запустить 24 июня для испытательного полета.

Атомные часы Deep Space от NASA, или, для краткости, DSAC, отсчитывают секунды с помощью отметок, примерно в 50 раз более равномерных, чем у атомных часов на спутниках GPS. Такая точность совпадает с наземными атомными часами, используемыми для космической сети агентства — группы наземных средств, которые используют радиоантенны для связи с миссиями по всей солнечной системе.

Но в отличие от этих часов размером с холодильник, часы DSAC размером с тостер достаточно малы и могут быть закреплены на борту космического корабля. Установленные на будущих космических кораблях или спутниках, эти мини-атомные часы могут полностью изменить способ навигации космического корабля в глубоком космосе.

«Каждый космический корабль, исследующий дальний космос, сегодня полагается на навигацию, которая была осуществлена ​​здесь, на Земле», — сказала заместитель главного исследователя проекта Джилл Зойберт. Земные антенны посылают сигналы космическому кораблю, которые космический корабль отдает эхом назад. Измеряя время прохождения сигнала в пределах одной миллиардной доли секунды, наземные атомные часы в сети Deep Space помогают точно определить местоположение космического корабля.

С новыми атомными часами в глубоком космосе «мы можем перейти к тому, что мы называем односторонним отслеживанием», сказала Зойберт. Космический корабль будет использовать такие часы на борту, чтобы измерить время, необходимое для прихода сигнала слежения с Земли, без необходимости отправлять этот сигнал обратно для измерения с помощью наземных атомных часов. Это позволило бы космическому кораблю самому оценивать собственную траекторию.

Каковы преимущества одностороннего отслеживания?

Наличие космического корабля, способного отслеживать свое местоположение, позволило бы ему направляться через Солнечную систему без необходимости получения инструкций с Земли. «В таком месте, как Марс, время прохождения сигнала в оба конца может составлять от восьми до 40 минут», — говорит главный исследователь проекта Тодд Эли, работающий в Лаборатории реактивного движения НАСА. «На Юпитере это может быть… полтора часа. На Сатурне, два с половиной часа.

С помощью корабля, позволяющего отслеживать себя самостоятельно, исследователи могут выполнять более ловкие маневры и быстрее реагировать на неожиданные ситуации. «В долгосрочной перспективе я очень рад… использовать часы с другими навигационными приборами для создания чего-то похожего на космический корабль с автоматическим управлением», — говорит Тодд Эли.

Что делает новые космические часы надежнее других?

Новые атомные часы показывают время, используя заряженные атомы ртути или ионы, в то время как часы, в настоящее время находящиеся на борту спутников Земли, используют нейтральные атомы рубидия. Поскольку атомы ртути в новых часах имеют электрический заряд, они могут быть захвачены электрическими полями, которые мешают им взаимодействовать со стенками их контейнера — взаимодействия, которые в атомных часах GPS заставляют атомы рубидия выходить из ритма.

Часы спутников Земли требуют дважды в день корректировки из командного центра. Но новые атомные часы гораздо более надежны в равномерном отсчете времени, поэтому исправления не понадобятся так часто. «Если бы у вас были атомные часы в глубоком космосе, — говорит Тодд Эли, — два раза в день могли бы превратиться в недели, если не в месяцы».