Cum ceasul atomic portabil al NASA ar putea revoluționa călătoriile în spațiu

Călătorirea prin sistemul solar ar putea fi într-o zi la fel de ușoară precum a lua un autobuz la serviciu. Oamenii de știință își imaginează nave spațiale cu conducere autonomă care transportă astronauții prin spațiul adânc și sisteme asemănătoare GPS-ului care ghidează vizitatorii pe terenurile altor planete și luni. Dar pentru acele scheme de navigație futuriste, navele spațiale și sateliții ar trebui să fie echipate cu ceasuri care să țină timpul cu o precizie extremă – mai precisă decât orice ceas trimis vreodată în spațiu.

Un prototip al acelui ceas este programat să fie lansat pe 24 iunie pentru un zbor de testare.

Deep Space Atomic Clock, sau pe scurt DSAC, de la NASA, numără secundele cu căpușe care sunt de aproximativ 50 de ori mai uniforme decât cele ale ceasurilor atomice de la bordul sateliților GPS. Aceasta este la fel cu ceasurile atomice de la sol utilizate pentru Rețeaua Spațială Adâncă a agenției – grupul de facilități terestre care folosesc antene radio pentru a comunica cu misiunile din sistemul solar. Dar, spre deosebire de acele ceasuri de dimensiunea unui frigider, DSAC de dimensiunea unui prăjitor de pâine este suficient de mic pentru a fi transportat la bordul unei nave spațiale.

Echipat pe viitoare nave spațiale sau sateliți, acest mini ceas atomic ar putea „schimba complet modul în care navigăm navele spațiale prin spațiul profund”, a declarat Jill Seubert, investigatorul principal adjunct al proiectului, pe 10 iunie, într-o conferință de presă.

După lansarea prototipului de la Centrul Spațial Kennedy al NASA din Cape Canaveral, Florida, cercetătorii îi vor monitoriza performanța pe orbita joasă a Pământului timp de un an. Iată o previzualizare a ceea ce ar putea însemna ceasul pentru viitoarele călătorii în spațiu.

Cum ar schimba ceasul navigarea în spațiu?

„Fiecare navă spațială care explorează astăzi spațiul adânc se bazează pe navigația care se efectuează aici pe Pământ”, a spus Seubert, care are sediul la Laboratorul de propulsie cu reacție al NASA din Pasadena, California. Măsurând timpul de călătorie dus-întors al unui semnal într-o miliardime de secundă, ceasurile atomice de la sol din Deep Space Network ajută la identificarea locației navei spațiale.

Cu noul Deep Space Atomic Clock, „putem trece la ceea ce numim urmărire unidirecțională”, a spus Seubert. O navă spațială ar folosi un astfel de ceas la bord pentru a măsura timpul necesar pentru ca un semnal de urmărire să sosească de pe Pământ, fără a fi nevoie să trimită acel semnal înapoi pentru măsurare cu ceasuri atomice de la sol. Asta ar permite unei nave spațiale să-și judece propria traiectorie.

TOATE LA BORD Inginerii au montat Ceasul Atomic pentru Spațiul Adînc și alte instrumente pe Satelitul Orbital Test Bed, programat să fie lansat pe 24 iunie de la Centrul Spațial Kennedy al NASA din Cape Canaveral, Florida. Atomică generală

Care sunt avantajele urmăririi unidirecționale?

Având o navă spațială care este capabilă să-și urmărească locația, ar permite astronauților să se orienteze prin sistemul solar fără a avea nevoie de instrucțiuni de la Pământ. „Într-un loc ca Marte, călătoria dus-întors [tracking signal] timpul poate varia de la opt până la 40 de minute”, spune investigatorul principal al proiectului, Todd Ely, de asemenea, cu sediul la Jet Propulsion Lab al NASA. „La Jupiter, poate dura… o oră și jumătate. Saturn, două ore și jumătate.”

Cu o ambarcațiune capabilă să se urmărească singur, exploratorii puteau executa manevre mai agile și puteau reacționa mai rapid la situații neașteptate. „Pe termen lung, sunt foarte încântat de… folosirea ceasului cu alte instrumente de navigație de la bord pentru a crea ceva ca o navă spațială autonomă”, spune Ely.

Cum ar permite ceasul navigarea pe alte lumi?

„Imaginați-vă doar un astronaut care face drumeții pe Marte și poate că Olympus Mons se ridică în fundal, iar ea își verifică Google Maps Mars Edition pentru a vedea unde se află”, a spus Seubert la conferința de presă. „Conceptul ar fi într-adevăr același cu cel pe care îl avem pentru GPS aici” pe Pământ, cu o constelație de sateliți care oferă acoperire globală la suprafață.

Pe alte lumi, sateliții ar folosi ceasurile atomice de la bordul spațiului adânc pentru a difuza semnale cu marcaje temporale precise, care ar putea fi folosite de orice receptor GPS la sol pentru a-și triangula poziția.

Ce face noul ceas spațial mai fiabil decât altele?

Noul ceas atomic menține timpul folosind atomi de mercur sau ioni încărcați, în timp ce ceasurile aflate în prezent la bordul sateliților GPS ai Pământului folosesc atomi neutri de rubidiu. Deoarece atomii de mercur din noul ceas au sarcină electrică, ei pot fi prinși în câmpuri electrice care îi împiedică să interacționeze cu pereții containerului lor – interacțiuni care în ceasurile atomice GPS fac ca atomii de rubidiu să nu ritmeze, explică Ely.

Ceasurile satelitului GPS ale Pământului necesită corecții de două ori pe zi de la un centru de comandă de pe Pământ. Dar noul ceas atomic este mult mai fiabil în ticăitul uniform, astfel încât corecțiile nu ar fi necesare atât de des. „Dacă ai avea ceasul atomic din spațiul adânc”, spune Ely, „de două ori pe zi s-ar putea transforma în săptămâni, dacă nu în luni.”

Ce vor testa oamenii de știință în timpul primului zbor al prototipului?

Oamenii de știință trebuie să se asigure că stabilitatea ticăitului ceasului se menține în spațiu. „Scopul nostru este a [gain or loss of time] de aproximativ două nanosecunde sau mai puțin pe zi”, spune Ely. „Credem că ne vom apropia de aproximativ trei zecimi de nanosecundă pe zi.”

Acest zbor spațial cu repetiții generale va testa, de asemenea, modul în care se comportă ceasul pentru un an întreg în spațiu. „Acest lucru ne va spune multe despre cum putem opera aceste ceasuri pentru perioade de timp mult mai lungi când călătoresc în locuri care ar putea dura luni sau ani sau chiar un deceniu pentru a ajunge”, a spus Seubert. Cercetătorii se așteaptă să împărtășească rezultatele preliminare cu privire la cât de bine ține timpul în spațiu ceasul în cursul acestui an.