NASA on sisse lülitanud uue ülitäpse kosmosepõhise aatomkella, mille agentuur loodab ühel päeval aidata kosmoselaevadel juhtida end läbi kosmose, ilma et nad toetuksid Maakera kelladele.
Seda nimetatakse süvakosmose aatomkelluks (DSAC) ja see toimib, mõõtes elavhõbedaioonide käitumist, mis on selle lõksu jäänud. See on orbiidil olnud alates juunist, kuid esmakordselt aktiveeriti see 23. augustil. See pole sugugi toretsev - lihtsalt hall kast, mis on umbes nelja viilu pikkune röster ja juhtmeid täis, ütles Jill Seubert, kosmosetehnik ja üks NASA projektijuhtidest, ütles Live Science. Kuid see vähenõudlik suurus on mõte: Suebert ja tema kolleegid töötavad välja sellise kella projekteerimiseks, mis on piisavalt väike, et seda laadida ükskõik millisele kosmoselaevale, ja piisavalt täpne, et suunata keerulisi manöövreid sügavas kosmoses ilma selle külmkapisuuruste nõbude Maale sisendita.
Kosmosetee leidmiseks on vaja täpset kella, sest see on suur ja tühi. Teie asukoha või kiiruse üle otsustamiseks on vähe orientiire ja enamik neist on täpse teabe pakkumiseks liiga kaugel. Seubert ütles, et iga otsus laeva ümber pöörata või selle tõukejõud tulistada saab kolme küsimusega: kus ma olen? Kui kiiresti ma liigun? Ja mis suunas?
Parim viis neile küsimustele vastamiseks on vaadata objekte, mille vastused on juba teada, näiteks raadiosaatjad Maal või GPS-satelliidid, mis jälgivad teadaolevaid orbitaaljälgi läbi kosmose. Saatke välja signaal väikese kiirusega ja täpsusega kellaaeg punktis A ja mõõtke, kui kaua punkti punktini B jõudmiseks kulub. See annab teile teada vahemaa A ja B vahel. Saatke veel kaks signaali kahest teisest asukohast ja teil on piisavalt teavet, et täpselt välja mõelda, kus punkt B asub kolmemõõtmelises ruumis. (Nii töötab teie telefoni GPS-tarkvara: kontrollides pidevalt erinevate orbiidil olevate satelliitide edastatavate ajaallkirjade minutilisi erinevusi.)
Kosmoses navigeerimiseks tugineb NASA praegu sarnasele, kuid vähem täpsele süsteemile, ütles Seubert. Enamik aatomkellasid ja ringhäälinguseadmeid on Maal ja need moodustavad ühiselt nn süvakosmosevõrgu. Nii et NASA ei suuda tavaliselt kosmoselaeva asukohta ja kiirust kolmest allikast korraga arvutada. Selle asemel kasutab agentuur rea mõõtmisi, kuna nii Maa kui ka kosmoselaev liiguvad aja jooksul läbi kosmose, et kosmoselaeva suunda ja asukohta naelutada.
Et kosmoselaev teaks, kus see asub, peab ta saama süvakosmosevõrgust signaali, arvutama signaali saabumiseks kuluva aja ja kasutama kauguse määramiseks valguse kiirust. "Selleks, et seda väga täpselt teha, peate teie peame suutma neid aegu - signaali saadetud ja vastuvõetud aegu - mõõta võimalikult täpselt. Ja kui me neid signaale oma sügava kosmosevõrgust saadame, on meil aatomkellad, mis on väga täpsed ja täpsed, "sõnas Seubert. "Siiani on meie käes olnud kellad, mis on piisavalt väikesed ja vähese energiatarbega, et kosmosesõidukil lennata, neid nimetatakse ultrahelilainete ostsillaatoriteks, mis on täielik eksiarvamus. Nad pole ultratableeritavad. Nad registreerivad selle signaali- küll aega saanud, kuid selle täpsus on väga madal. "
Kuna kosmoselaeva pardal olevad asukohaandmed on nii ebausaldusväärsed, on navigeerimise nuputamine - näiteks millal sisse lülitada tõukejõud või muuta kurssi - palju keerulisem ja seda tuleb teha ka Maa peal. Teisisõnu, Maal elavad inimesed juhivad kosmoselaeva sadade tuhandete või miljonite miilide kauguselt.
"Aga kui sa suudaksid selle signaali vastuvõetud aja pardal aatomkella abil väga täpselt registreerida, siis nüüd on sul võimalus koguda kogu jälgimisandmed pardal ning kujundada oma arvuti ja raadio nii, et kosmoselaev saaks ise sõita," ta ütles.
NASA ja muud kosmoseagentuurid on aatomkellad kosmosesse juba varem pannud. Kogu meie GPS-satelliidipark kannab aatomkellasid. Kuid enamasti on nad pikaajalise töö jaoks liiga ebatäpsed ja kohmatud, ütles Seubert. Kosmoses olev keskkond on palju karedam kui Maa teadusuuringute labor. Temperatuurid muutuvad, kui kellad lähevad päikesevalgusest sisse ja välja. Kiirgustase läheb üles ja alla.
"See on kosmoselendude tuntud probleem ja me saadame tavaliselt kiirguskindlusega karastatud osi, mida oleme näidanud, et need võivad töötada erinevates kiirguskeskkondades sarnaste jõudlustega," ütles ta.
Kuid kiirgus muudab ikkagi elektroonika toimimisviisi. Ja need muudatused mõjutavad tundlike seadmete aatomkellasid, mida kasutatakse aja libisemise mõõtmiseks, ähvardades tuua sisse ebatäpsusi. Seubert osutas mitu korda päevas, et õhuvägi laadib GPS-satelliitide kelladesse parandusi, et need ei sünkroniseeruks maapealsete kelladega.
Tema sõnul on DSACi eesmärk luua süsteem, mis pole mitte ainult kaasaskantav ja piisavalt lihtne, et seda paigaldada mis tahes kosmoselaevale, vaid ka piisavalt vastupidav, et töötada kosmoses pikemas perspektiivis ilma maapealsete meeskondade pidevaid muudatusi nõudmata.
Lisaks sellele, et võimaldada täpsemat maapealsete signaalide abil navigeerimist kosmoses, võib selline kell ühel päeval lasta kaugel asuvatel astronautidel ringi liikuda, nagu me teeme oma Maa kaardistamisseadmetega, ütles Seubert. Väike DSAC-seadmetega varustatud satelliidipark võiks Kuu või Marsi orbiidil liikuda, toimides maiste GPS-süsteemide asemel ja see võrk ei vajaks mitu korda päevas parandusi.
Tema sõnul võivad DSAC-id või sarnased seadmed mängida impulss-navigatsioonisüsteemides rolli, mis jälgiks selliste asjade ajastamist nagu valguse pulss teistest tähesüsteemidest, et kosmoselaevad saaksid liikuda ilma Maa sisendita.
Järgmiseks aastaks on aga eesmärk see esimene DSAC korralikult toimida, kuna see tiirleb Maa lähedal.
"Peame põhiliselt õppima, kuidas kella häälestada, et selles keskkonnas korralikult töötada," sõnas Seubert.
Ta lisas, et õppetunnid, mida DSAC-meeskond õpib seadme häälestamisel sel aastal, peaksid neid ette valmistama sarnaste seadmete kasutamiseks maanteel toimuvatel kaugematel missioonidel.
