Более двух лет Атомные часы дальнего космоса NASA помогают точно измерять время в космосе. 18 сентября 2021 года их миссия успешно завершилась. Прибор размещен на космическом корабле General Atomics, который был запущен 25 июня 2019 года в рамках миссии Министерства обороны по программе космических испытаний. Его цель: проверить возможность использования бортовых атомных часов для улучшения навигации космического корабля в глубоком космосе.
В настоящее время для космических аппаратов используются атомные часы наземного базирования. Чтобы измерить траекторию полета космического корабля за пределы Луны, навигаторы используют эти хронометры, чтобы точно отслеживать, когда эти сигналы отправляются и принимаются. Поскольку навигаторы знают, что радиосигналы движутся со скоростью света (около 300 000 километров в секунду), они могут использовать эти измерения времени для вычисления точного расстояния, скорости и направления движения космического корабля.
Но чем дальше космический корабль от Земли, тем больше времени требуется для отправки и приема сигналов — от нескольких минут до нескольких часов, что значительно задерживает эти вычисления. Благодаря бортовым атомным часам, соединенным с навигационной системой, космический корабль мог немедленно рассчитать, где он находится и куда движется.
Созданные Лабораторией реактивного движения NASA в Южной Калифорнии, Атомные часы Deep Space представляют собой сверхточные атомные часы с ионами ртути, заключенные в небольшую коробку размером около 25 сантиметров с каждой стороны — больше похоже на тостер. Разработанные, чтобы выдержать суровые условия запуска и холодную среду с высоким уровнем излучения в космосе без ухудшения характеристик хронометража, атомные часы Deep Space были демонстрацией технологии, предназначенной для реализации технологических новшеств.
После того, как инструмент завершил свою однолетнюю основную миссию на околоземной орбите, NASA дополнила задачи, дабы собрать больше данных из-за его исключительной стабильности прибора. Но до того, как 18 сентября была отключена техническая демонстрация, миссия работала сверхурочно, чтобы извлечь как можно больше данных в свои последние дни.
Данные этого новаторского инструмента помогут разработать Deep Space Atomic Clock-2, техническую демонстрацию, которая отправится на Венеру на борту космического корабля NASA, предназначенного для оценки излучательной способности Венеры, радионауке, InSAR, топографии и спектроскопии (VERITAS). Когда он будет запущен (в 2028 году), это будет первое испытание атомных часов в глубоком космосе и грандиозное достижение в области повышения автономности космических аппаратов.
Хотя атомные часы являются наиболее стабильными хронометрами на планете, они все же имеют проблемы, которые могут вызвать незначительное "смещение" времени часов по сравнению с фактическим. Если ничего не предпринять, эти смещения будут складываться и могут привести к большим ошибкам в позиционировании. Доли секунды могут означать разницу между безопасным прибытием на Марс или полным отсутствием планеты вблизи аппарата.
Обновления могут быть отправлены с Земли на космический корабль для корректировки этих смещений. Спутники глобальной системы позиционирования (GPS), например, несут атомные часы, чтобы помочь нам добраться из точки А в точку Б. Чтобы обеспечить точное отображение времени, обновления необходимо часто передавать на них с земли. Но необходимость посылать частые обновления с Земли на атомные часы в глубоком космосе была бы непрактичной и нарушила бы цель оснащения космического корабля таковыми.
Вот почему атомные часы на космическом корабле, исследующем дальний космос, должны быть как можно более стабильными с самого начала, что позволит им меньше зависеть от обновления Земли. В недавнем исследовании команда Deep Space Atomic Clock сообщила об отклонении менее четырех наносекунд после более чем 20 дней работы.
Как и его предшественник, Deep Space Atomic Clock-2 будет технической демонстрацией, а это означает, что VERITAS не будет зависеть от него в достижении своих целей. Но эта следующая итерация будет компактнее, потреблять меньше энергии и будет рассчитана на поддержку многолетней миссии, такой как VERITAS.