SpaceX将于今晚推出NASA的8000万美元深空原子钟

图像来源:NASA JPL/通用原子电磁系统2019年6月24日,SpaceX Falcon重型将带入太空进入一般原子电磁系统的轨道测试床卫星。

图像来源:NASA JPL/通用原子电磁系统

2019年6月24日,SpaceX Falcon重型将带入太空,来自通用原子电磁系统的轨道测试床卫星。该平台将是NASA JPL的深空原子钟。这款烤面包机大小的设备已经开发了20年,任务成本为8000万美元,如果其长达一年的测试飞行顺利进行,它有可能彻底改变航天器导航的方式。

图像来源:Vadim Sadovski/Shutterstock/Big Think

为什么这很重要

当前将航天器引导到其目的地的系统确实很慢,内置时间滞后基本上使快速导航更改基本上是不可能的。该系统的工作原理:

为了建立工艺的当前位置 – 将其前进的第一步 – 地面控制将信号从一个基于地球的大型天线发送到船上。船接收到信号并将其弹回地球上的大天线。通过使用基于地球的原子时钟来精确测量自第一个信号传输以来经过的时间量来计算飞行器的当前位置和速度。发出导航说明。

好的,这就是问题。在上面的第4号中,地面控制的计算实际上并不能真正告诉控制该飞船目前的位置 – 它告诉控制位置信号开始返回时的位置。随着航天器的越来越远,这种不准确的问题越来越成为一个问题。例如,如果人类前往火星,则步骤1至4平均需要40分钟。是的,地面计算可以根据其先前的位置和速度估算船舶的当前位置,但这与知道的情况不同。火星靠近 – 随着工艺越来越远地进入宇宙,滞后延长和延长,如果太空中的意外条件需要在家中迅速进行课程校正,那么,这是不可能的。太空中的“ GPS”

当我们在汽车上旅行时,我们使用GPS进行导航。每个GPS卫星都有其自己的原子钟,可以通过跟踪从我们的汽车到达三个GPS卫星的三重奏所需的时间来对我们的车辆的位置进行三角剖分。鉴于我们的道路和卫星之间的距离相对较短 – 与太空旅行相比,这一切都很快发生。

紧凑的深空原子时钟的希望是,它可以为航天器做同样的事情。如果航天器具有其自身的可靠和准确的时间参考,则可以将上面的步骤1到4简单地减少到一个:步骤4。自己的位置和速度,并立即实施新的指导。

另一种可能性是,可以将原子钟放入围绕星球的轨道上,并充当GPS风格的系统,该系统可以帮助地面上的人类和机器人在行星中导航。建立空间原子时钟的最大挑战是必须是它必须是非常准确。鉴于航天器必须行驶的距离很大,即使是时间跟踪中的微小错误也会产生灾难性的结果,考虑到这种不准确性会乘以乘坐的里程数。它们可能意味着在意想不到的地点坠毁,或者完全缺少行星,甚至整个空间区域。

在地球上的测试中,深空原子钟遇到了这一挑战 – 每1000万年仅一秒钟。

深空原子钟

图像来源:NASA JPL

深空原子钟的准确性

标准的原子钟,甚至手表,测量石英晶体中的振动以跟踪时间。馈入晶体的连续电信号使其在来回振动,就像微小的刻度一样,是一个时钟的滴答声。

在消费钟表的情况下,显示的时间最终出于准确性而漂移。在陆地原子时钟中,通过根据它们发出的光频率测量某些原子,测量值保持斑点。不幸的是,这些原子钟可以通过暴露于外部磁场和温度变化来抛弃。

另一方面,深空原子钟跟踪了许多汞离子 – JPL说,这些离子中的离子比在电磁陷阱中固定的金枪鱼所发现的要少。从本质上讲,这些陷阱为离子提供了一个保护性外壳,有助于保护它们免受外部影响。任务的目的是查看一年中,深空原子时钟是否可以保持轨道稳定,或者是否是否在轨道上保持稳定计时器会因在太空中而破坏。如果它的计时保持稳定,我们可能会在2030年代立即将其部署在任务中。

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