Vesoljska atomska ura za odprave v globoko vesolje

Ura v orbiti bi se lahko v desetih milijonih letih zamaknila za le eno sekundo.

Objavljeno
25. junij 2020 09.38
Posodobljeno
25. junij 2020 11.44
Tehnologija bi lahko pomenila veliko spremembo v vesoljskih odpravah. FOTO: NASA/JPL-Caltech 
Ker se človeštvo vse bolj ozira po globokem vesolju, mora razviti tudi ustrezno navigacijsko tehnologijo. Lani junija je Nasin laboratorij za reaktivni pogon (JPL) v orbito zato poslal 16-kilogramsko testno vesoljsko atomsko uro. To je prva tako majhna ura v orbiti in ena najbolj natančnih.
 
Vesoljska ura uporablja za delovanje živo srebro, zemeljske večinoma cezij, saj so tako manj občutljive za magnetno polje in spremembe v temperaturi. Atomske ure za merjenje časa uporabljajo frekvenco značilnega resonančnega prehoda elektronov atomov, v tem primeru torej živega srebra.
 
Po slabem letu delovanja, »tiktatkati« je začela avgusta lani, je ura že dosegla prvi cilj, saj je ena najbolj stabilnih ur, ki so jih poslali v vesolje. Za najmanj desetkrat bolj stabilna je kot atomske ure na satelitih ameriškega navigacijskega sistema GPS, so navedli pri JPL. V naslednjem letu bodo nadaljevali s testiranjem, da bi ura postala kar 50-krat stabilnejša od ur GPS.
 
Nova tehnologija vesoljske atomske ure skuša združiti stabilnost delovanja zemeljskih ur, ki so praviloma precej velike, in kompaktnost ter vzdržljivost, da lahko leti v vesolju. Za zdaj so pokazali, da se merjenje zamakne za manj kot nanosekundo po štirih dneh, kar je manj kot ena mikrosekunda (milijonkrat manj od sekunde) v desetih letih, v desetih milijonih letih pa bi se ura zamaknila za eno sekundo.
 
Sekunda se res ne zdi veliko, a določanje poti z enosekundo napako bi lahko za vesoljsko plovilo pomenilo, da bi s smeri skrenilo ta kar nekaj stotisoč kilometrov.

image
Atomska ura FOTO: General Atomics 

 
Tehnologija bo omogočala nov način avtonomne navigacije v globokem vesolju. Navigacijski sistemi so namreč odvisni od natančnega časa in večina vesoljskih odprav uporablja zemeljske atomske ure, ki bodo tudi v prihodnje podporni sistem. Z novo uro bodo zelo izboljšali navigacijo pri potovanju in pristajanju na drugih nebesnih telesih, saj bodo lahko natančneje merili vpliv gravitacije.
 
Glavna težava je surovo okolje vesolja, kjer je precej večji vpliv radiacije, ki ni povsod enak. Tako ekipe vseskozi ugotavljajo, kako se ura odziva na sevanje.

Navigacijski sistemi uporabljajo ure, da lahko zemljevidi na naših napravah delujejo skoraj v trenutku oziroma z minimalnim zamikom in da je čas pravilen. Če zelo poenostavimo sistem delovanja, telefon prejme signale najmanj štirih satelitov za zaznavanje položaja, programska oprema nato odčita čas signalov, da določi lokacijo in smer ter hitrost gibanja.

Standard za merjenje časa je postavljen v ameriškem Nacionalnem inštitutu za standarde in tehnologijo. Po definiciji je ena sekunda 9 192 631 770 nihajev svetlobe, ki jo izseva atom stabilnega izotopa cezija 133.


Zelo podobno delujejo tudi sistemi na vesoljskem plovilu, a težava je velika oddaljenost. Svetlobni signal od Zemlje do Marsa lahko potuje tudi 20 minut, zato upravljavci polovila ne morejo v nekaj minutah spremeniti pot plovila. Navigatorji zdaj uporabljajo čas zemeljskih atomskih ur, velikih kot hladilnik, da določijo pozicijo. A včasih morajo čakati tudi več ur, da signal pripotuje od Zemlje do plovila in nazaj. Atomska ura na samem plovilu pa bi pomenila, da bi lahko avtonomno izračunalo svojo pot in ne bi bilo odvisno od informacij z Zemlje. Tako bi odprave lahko potovale precej dlje. 



Ure na satelitih GPS niso dovolj stabilne za usmerjanje vesoljskih plovil v globokem vesolju, saj se sicer res minimalno spreminja merjenje sekunde, a dovolj, da vpliva na navigacijo. GPS sateliti dnevno, včasih celo dvakrat dnevno, prejmejo popravke z zemeljskih atomskih ur, kar je za milijone kilometrov oddaljena plovila nepraktično.