Ieri dimineață devreme, NASA a lansat o rachetă SpaceX Falcon Heavy pe orbită, cu o casă de misiuni științifice la bord. Una dintre cele mai interesante sarcini utile a fost un ceas, care va bifa de-a lungul a aproximativ un an pe măsură ce înconjoară planeta. Dar acesta nu este un ceas obișnuit: Ceasul Atomic Deep Space este o tehnologie care ar putea face navigarea în spațiul profund mult mai ușoară în viitor.
Kasandra Brabaw de la Space.com raportează că majoritatea sondelor trimise în cosmos sunt urmărite de pe Pământ prin intermediul undelor radio, care circulă cu viteza luminii. Un semnal este trimis de pe Pământ și imediat redresat la controlul misiunii, permițându-le manipulatorilor sondei să-și calculeze poziția exactă în funcție de cât timp a durat semnalul să ajungă la ele. Acest proces se bazează pe rețeaua spațială profundă a NASA, o serie de antene radio care pot gestiona doar atât de mult spațiu în orice moment.
Dacă sondele ar avea ceasuri stabile și precise suficient pentru a le permite să-și croiască propriul curs, totuși, ar putea face o parte din această navigare în mod autonom, relatează Jonathan Amos la BBC.
„Navigarea autonomă la bord înseamnă că o navă spațială își poate efectua propria navigație în timp real, fără a aștepta să fie trimise instrucțiuni de la navigatori înapoi aici pe Pământ”, a declarat recent jurnalistilor directorul adjunct Jill Seubert, în cadrul unei conferințe de presă. Navele spațiale „auto-conducere” sunt, de asemenea, o parte cheie a punerii oamenilor pe Marte. „Și cu această capacitate, o navă spațială cu echipaj uman poate fi livrată în siguranță pe un loc de aterizare, cu mai puțin incertitudine în calea lor.”
Dar nici cel mai frumos Rolex nu îl va tăia în spațiu. Cristalele de cuarț oscilează la o frecvență regulată atunci când trece prin ele curentul electric, motiv pentru care sunt obișnuite în ceasuri pentru a urmări timpul. Sunt suficient de precise când vine vorba de a te ridica la muncă sau de a prinde un tren, dar nu sunt suficient de exacte pentru a naviga în spațiul adânc. Pe parcursul a șase săptămâni pot pierde o milisecundă completă, ceea ce ar fi dezastruos pentru o sondă spațială.
Pentru a obține o miliardă de secundă de precizie necesară pentru a zbura prin cosmos necesită un ceas atomic, un gadget care își antrenează cristalul de cuarț până la oscilațiile anumitor atomi. Electronii din jurul acestor atomi ocupă niveluri de energie distincte, sau orbită și este nevoie de un pic precis de energie electrică pentru a-i determina să sară la nivelul următor de energie. "Faptul că diferența de energie între aceste orbite este o valoare atât de precisă și stabilă este într-adevăr ingredientul cheie pentru ceasurile atomice", spune Eric Burt, fizician cu ceas atomic la Jet Propulsion Laboratory de la NASA, spune într-un comunicat de presă. "Este motivul pentru care ceasurile atomice pot atinge un nivel de performanță dincolo de ceasurile mecanice."
Într-un ceas atomic, frecvența oscilatorului de cuarț este reglată pentru a se potrivi cu energia necesară pentru a genera electroni la un nou nivel de energie. Când cuarțul vibrează la frecvența corectă, electronii vor sări la următorul nivel de energie. Dacă nu, ceasul știe că frecvența este oprită și se poate corecta, un proces care apare la fiecare câteva secunde.
În prezent, majoritatea ceasurilor atomice terestre au dimensiunea unui frigider. Intrați în ceasul atomic profund spațiu, cu care inginerii NASA au tins de aproape 20 de ani. Gadgetul, cam de dimensiunea unui toaster, folosește ioni de mercur încărcați pentru a menține adevărat oscilatorul de cuarț și pierde doar aproximativ un nanosecund în patru zile. Ar fi nevoie de aproximativ 10 milioane de ani pentru ca ceasul să fie oprit cu o secundă, ceea ce îl face de aproximativ 50 de ori mai stabil decât ceasurile precise utilizate în navigarea prin satelit GPS.
Ceasul este în prezent pe orbita Pământului scăzut și se va aprinde în patru până la șapte săptămâni. După trei-patru săptămâni de funcționare, cercetătorii vor analiza performanțele sale preliminare și vor da un verdict final cu privire la cât de bine funcționează în spațiu, după ce se mări în jurul planetei timp de aproximativ un an.
Dacă ceasul este suficient de stabil, potrivit unei declarații NASA, ar putea începe să apară în nave spațiale până în anii 2030. Indiferent dacă această versiune supraviețuiește sau nu, ceasurile atomice sau o tehnologie similară vor fi critice în viitoarele misiuni spațiale către alte lumi.
„Ceasul atomic profund spațial va avea capacitatea de a ajuta în navigație, nu doar local, dar și în alte planete”, spune Burt. „O modalitate de a ne gândi este ca și cum am avea GPS pe alte planete.”
Alte experimente care au intrat în orbită cu ceasul includ Misiunea de propulsie verde propulsivă, care testează un sistem care folosește combustibil spațial de înaltă performanță, care nu este toxic și Experimentul de baliză îmbunătățit în tandem, care va explora bule în straturile încărcate electric. a atmosferei Pământului care poate interfera uneori cu semnalele GPS.
