Eile varahommikul laskis NASA orbiidile kosmoserakenduse SpaceX Falcon Heavy, mille pardal olid teaduse missioonid. Üks intrigeerivamaid koormaid oli kell, mis tiksub umbes aasta ringi, kui see planeedi ümber tiirleb. Kuid see pole tavaline kell: süvakosmose aatomkell on tehnoloogia, mis võib tulevikus sügavas kosmoses navigeerimise hõlpsamaks muuta.
Kasandra Brabaw teatab Space.com-ist, et enamikku kosmosesse saadetud sonde jälgitakse Maalt raadiolainete kaudu, mis liiguvad kiirusel. Maalt saadetakse signaal ja see põrkub kohe tagasi missiooni juhtimisse, võimaldades sondi käitlejatel arvutada selle täpse asukoha selle põhjal, kui kaua signaalini jõudis. See protsess tugineb NASA süvakosmosevõrgule - raadioantennide massiivile, mis suudab igal hetkel hakkama saada ainult nii palju kosmoseliiklusega.
Kui sondi kellad oleksid piisavalt stabiilsed ja täpsed, et võimaldada neil oma rada kaardistada, võiksid nad seda navigatsiooni siiski iseseisvalt teha, vahendab Jonathan Amos BBC-s.
"Autonoomne pardanavigatsioon tähendab seda, et kosmoselaev saab reaalajas ise navigeerida, ootamata navigaatorite juhendite saatmist siia Maakerale, " ütles uurija asetäitja Jill Seubert hiljuti pressikonverentsil ajakirjanikele. Isesõitvad kosmoseaparaadid on ka inimeste Marsile viimise põhiosa. "Ja selle võimalusega saab inimmeeskonnaga kosmoselaeva ohutult maale viia, ilma et nende teekond oleks nii ebakindel."
Kuid isegi kenaim Rolex ei lõika seda ruumis. Kvartskristallid võnkuvad regulaarsel sagedusel, kui elektrivool läbib neid, mistõttu on nad kelladega harjunud aja jälgimiseks. Tööks tõusmise või rongi püüdmise osas on need piisavalt täpsed, kuid nad pole iseseisvalt piisavalt täpsed sügavas kosmoses navigeerimiseks. Nad võivad kuue nädala jooksul kaotada täieliku millisekundi, mis oleks kosmosesondi jaoks hukatuslik.
Kosmose kaudu lendamiseks vajaliku miljardi sekundi täpsuse saavutamiseks on vaja aatomkella - vidinat, mis treenib oma kvartskristalli teatud aatomite võnketeni. Nende aatomite ümber olevad elektronid hõivavad eraldiseisvad energiatasandid ehk orbiidid ja nende hüppamiseks järgmisele energiatasandile kulub täpne elektrienergia löök. "Fakt, et nende orbiitide energia erinevus on nii täpne ja stabiilne väärtus, on tõepoolest aatomkellade võtmeelement, " ütles NASA reaktiivmootorite laboratooriumi aatomkellifüüsik Eric Burt pressiteates. "See on põhjus, miks aatomikellad võivad jõudluse tasemele jõuda ka väljaspool mehaanilisi kellasid."
Aatomkellas on kvartsostsillaatori sagedus peenhäälestatud, et see sobitaks elektronide poppimiseks vajaliku energia uuele energiatasandile. Kui kvarts vibreerib õige sagedusega, hüppavad elektronid järgmisele energiatasandile. Kui nad seda ei tee, teab kell, et sagedus on välja lülitatud, ja suudab seda ise parandada. See protsess toimub iga paari sekundi tagant.
Praegu on enamus maapealsetest aatomkelladest külmiku suurused. Sisenege süvakosmose aatomkellasse, millega NASA insenerid on tegelenud juba peaaegu 20 aastat. Umbes rösteri suurune vidin kasutab kvartsostsillaatori tõesuse tagamiseks laetud elavhõbeda ioone ja kaotab nelja päeva jooksul vaid umbes ühe nanosekundi. Kella ühe sekundiga väljalülitamiseks kuluks umbes 10 miljonit aastat, muutes selle umbes 50 korda stabiilsemaks kui GPS-i satelliitnavigatsioonis kasutatavad täpsed kellad.
Kell on praegu madalal Maa orbiidil ja lülitub sisse nelja kuni seitsme nädala jooksul. Pärast kolm kuni neli nädalat kestnud operatsiooni analüüsivad teadlased selle esialgset toimimist ja annavad lõpliku hinnangu selle kohta, kui hästi see kosmoses töötab pärast seda, kui ta umbes aasta planeedil ringi suumib.
Kui kell on piisavalt stabiilne, võib NASA avalduse kohaselt see kosmosesõidukites ilmuda 2030. aastateks. Olenemata sellest, kas see versioon jääb ellu või mitte, on aatomkelladel või sarnasel tehnoloogial tulevastes kosmosemissioonides teistesse maailmadesse kriitiline tähtsus.
"Sügava kosmose aatomkell on abiks navigeerimisel, mitte ainult lokaalselt, vaid ka teistel planeetidel, " räägib Burt. "Üks viis sellest mõelda on justkui meil oleks GPS teistel planeetidel."
Muud katsed, mis läksid kellaga orbiidile, hõlmavad rohelise raketikütuse infusioonimissiooni, mis testib süsteemi, mis kasutab suure jõudlusega mittetoksilist kosmosekütust, ja täiustatud tandem-majaka eksperimenti, mis uurib elektriliselt laetud kihtides olevaid mullid. Maa atmosfäärist, mis võib mõnikord häirida GPS-signaale.
