Deepամանակի չափում խորը տարածության մեջ

DSAC- ը պատրաստվում է մեկամյա փորձի ՝ բնութագրելու և ստուգելու իր պիտանիությունը ապագա խորը տիեզերական հետազոտություններում օգտագործելու համար: Լուսանկարը ՝ ՆԱՍԱ -ի ռեակտիվ շարժման լաբորատորիայի

ԸստԹոդ Էլի,ՆԱՍԱ -ն

Մենք բոլորս ինտուիտիվ կերպով հասկանում ենք ժամանակի հիմունքները: Ամեն օր մենք հաշվում ենք դրա անցումը և օգտագործում այն ​​մեր կյանքը պլանավորելու համար:

Մենք նաեւժամանակ օգտագործեք մեր ճանապարհին նավարկելու համարմեզ համար կարևոր ուղղություններ: Դպրոցում մենք սովորեցինք, որ արագությունն ու ժամանակը մեզ կասեն, թե որքան հեռու ենք գնացել A կետից B կետ: քարտեզով մենք կարող ենք ընտրել ամենաարդյունավետ երթուղին `պարզ:

Բայց ինչ կլինի, եթե A կետը Երկիրն է, իսկ B կետը ՝ Մարսը, մի՞թե դա դեռ այդքան պարզ է: Հայեցակարգային առումով ՝ այո: Բայց իրականում դա անելու համար մեզ պետք են ավելի լավ գործիքներ `շատ ավելի լավ գործիքներ:

NASA- ի ռեակտիվ շարժման լաբորատորիայում ես աշխատում եմ այս գործիքներից մեկի մշակման վրա `Deep Space Atomic Clock, կամDSACկարճ ասած. DSAC- ը փոքր ատոմային ժամացույց է, որը կարող է օգտագործվել որպես տիեզերանավերի նավիգացիոն համակարգի մաս: Այն կբարելավի ճշգրտությունը և հնարավորություն կտա նավագնացության նոր եղանակներին, օրինակ ՝ առանց հսկողության կամ ինքնավարության:

Իր վերջնական տեսքով ՝ Deep Space Atomic Clock- ը հարմար կլինի Արեգակնային համակարգի գործունեության համար Երկրի ուղեծրից շատ հեռու: Մեր նպատակն է զարգացնել DSAC- ի առաջադեմ նախատիպը և այն գործարկել տիեզերքում մեկ տարի ՝ ցույց տալով դրա օգտագործումը ապագա խորը տիեզերական հետազոտությունների համար:

Արագությունը և ժամանակը մեզ ցույց են տալիս հեռավորությունը

Տիեզերքում նավարկելու համար մենք չափում ենք ռադիոազդանշանի անցման ժամանակը տիեզերանավի և Երկրի վրա մեր հաղորդիչ ալեհավաքներից մեկի միջև (սովորաբար NASA- ի Deep Space Network համալիրներից մեկը, որը գտնվում է Գոլդսթոունում, Կալիֆոռնիա; Մադրիդ, Իսպանիա; կամ Կանբերա, Ավստրալիա)

Ավստրալիայում գտնվող Canberra Deep Space Communications Complex- ը NASA- ի Deep Space Network- ի մի մասն է, որը ռադիոազդանշաններ է ստանում և ուղարկում տիեզերանավերից դեպի և դուրս: Պատկերը ռեակտիվ շարժման լաբորատորիայի միջոցով

Մենք գիտենք, որ ազդանշանը շարժվում է լույսի արագությամբ, հաստատուն մոտ 300,000 կմ/վրկ (186,000 մղոն/վրկ) արագությամբ: Այնուհետև, որքան ժամանակ է պահանջվում մեր «երկկողմանի» չափումը այնտեղ և հետ գնալու համար, մենք կարող ենք հաշվարկել տիեզերանավի հեռավորությունները և հարաբերական արագությունները:

Օրինակ, Մարսի վրա պտտվող արբանյակը Երկրից գտնվում է միջինը 250 միլիոն կիլոմետր հեռավորության վրա: Ռադիոազդանշանը տևելու և այնտեղ վերադառնալու ժամանակը (որը կոչվում է իր երկկողմանի լույսի ժամանակ) մոտ 28 րոպե է: Մենք կարող ենք չափել ազդանշանի ճանապարհորդության ժամանակը, այնուհետև այն կապել Երկրի հետևող ալեհավաքի և ուղեծրի միջև անցած ընդհանուր հեռավորության հետ մեկ մետրից ավելի լավ, և ուղեծրի հարաբերական արագության հետ կապված ալեհավաքի հետ մինչև 0.1 մմ/վրկ:

Մենք հավաքում ենք հեռավորության և հարաբերական արագության տվյալները ժամանակի ընթացքում, և երբ ունենք բավարար քանակություն (Մարսի ուղեծրի համար դա սովորաբար երկու օր է) կարող ենք որոշել արբանյակի հետագիծը:

Timeամանակի չափում, շվեյցարական ճշգրտությունից դուրս

Այս ճշգրիտ չափումների հիմքում ընկած են ատոմային ժամացույցները: Չափելով որոշակի ատոմների կողմից արտանետվող լույսի շատ կայուն և ճշգրիտ հաճախականություններ (օրինակ ՝ ջրածին, ցեզիում, ռուբիդիում և, DSAC, սնդիկ), ատոմային ժամացույցը կարող է կարգավորել ավելի ավանդական մեխանիկական (քվարց բյուրեղային) ժամացույցի պահվող ժամանակը: Դա նման է թյունինգ պատառաքաղի ՝ ժամանակի հաշվարկման համար: Արդյունքը ժամացույցի համակարգ է, որը կարող է ծայրահեղ կայուն լինել տասնամյակների ընթացքում:

Խորը տիեզերական ատոմային ժամացույցի ճշգրտությունը հիմնված է սնդիկի իոնների բնածին հատկության վրա. Դրանք անցնում են հարևան էներգիայի մակարդակների միջև `ուղիղ 40.5073479968 ԳՀց հաճախականությամբ: DSAC- ն օգտագործում է այս հատկությունը ՝ քվարց ժամացույցի «տիզի արագության» սխալը չափելու համար և այս չափմամբ «ուղղորդում» է այն դեպի կայուն արագություն: DSAC- ի արդյունքում առաջացած կայունությունը հավասար է ցամաքային ատոմային ժամացույցների հետ ՝ տասնամյակում ձեռք բերելով կամ կորցնելով միկրովայրկյանից պակաս:

Շարունակելով Մարսի ուղեծրի օրինակը ՝ Deep Space Network- ի ցամաքային ատոմային ժամացույցներըսխալի ներդրումուղեծրի լույսի ժամանակի երկկողմանի չափումը պիկոս վայրկյանների կարգի վրա է `նպաստելով հեռավորության ընդհանուր սխալի միայն մետրի կոտորակների վրա: Նմանապես, ժամացույցների ներդրումը ուղեծրի արագության չափման սխալների մեջ ընդհանուր սխալի փոքր մասն է (1 մկմ/վրկ 0.1 մմ/վրկ ընդհանուրից):

Հեռավորության և արագության չափումները հավաքվում են ցամաքային կայանների կողմից և ուղարկվում են նավիգատորների թիմերին, ովքեր տվյալները մշակում են տիեզերանավերի շարժման բարդ համակարգչային մոդելների միջոցով: Նրանք հաշվարկում են ամենահարմար հետագիծը, որը Մարսի ուղեծրի համար սովորաբար ճշգրիտ է 10 մետր հեռավորության վրա (մոտավորապես դպրոցական ավտոբուսի երկարությամբ):

DSAC ցուցադրման միավորը (ցուցադրված է տեղադրված ափսեի վրա ՝ հեշտ փոխադրման համար): Պատկերը ռեակտիվ շարժման լաբորատորիայի միջոցով

Ատոմային ժամացույցի ուղարկում խորը տարածություն

Այս չափումների համար օգտագործվող ստորգետնյա ժամացույցները սառնարանի չափ են և գործում են խնամքով վերահսկվող միջավայրում, ինչը հաստատ հարմար չէ տիեզերական թռիչքների համար: Համեմատության համար, DSAC- ը, նույնիսկ իր ներկայիս նախատիպի տեսքով, ինչպես վերևում է երևում, մոտ չորս կտոր տոստերի չափ է: Ըստ դիզայնի, այն կարող է լավ աշխատել դինամիկ միջավայրում ՝ խորը տիեզերքում ուսումնասիրող արհեստի վրա:

DSAC սնդիկի իոնների թակարդի պատյան ՝ էլեկտրական դաշտի բռնող ձողերով, որոնք երևում են կտրվածքներում: Պատկերը ռեակտիվ շարժման լաբորատորիայի միջոցով

DSAC- ի ընդհանուր չափի կրճատման բանալին սնդիկի իոնների թակարդի փոքրացումն էր: Վերևում պատկերված է, այն ունի մոտ 15 սմ (6 դյույմ) երկարություն: Թակարդը սահմանափակում է սնդիկի իոնների պլազման ՝ օգտագործելով էլեկտրական դաշտեր: Այնուհետև, կիրառելով մագնիսական դաշտեր և արտաքին պաշտպանություն, մենք ապահովում ենք կայուն միջավայր, որտեղ իոնները նվազագույն ազդեցություն են ունենում ջերմաստիճանի կամ մագնիսական տատանումների վրա: Այս կայուն միջավայրը թույլ է տալիս չափել էներգիայի վիճակների միջև իոնների անցումը շատ ճշգրիտ:

DSAC տեխնոլոգիան իրականում այլ բան չի սպառում, քան էներգիա: Այս բոլոր հատկությունները միասին նշանակում են, որ մենք կարող ենք մշակել ժամացույց, որը հարմար է շատ երկար տևողությամբ տիեզերական առաքելությունների համար:

Քանի որ DSAC- ն նույնքան կայուն է, որքան իր ցամաքային գործընկերները, DSAC- ը կրող տիեզերանավերը երկկողմանի հետագծման համար ազդակներ շրջելու կարիք չունեն: Փոխարենը, տիեզերանավը կարող է հետևող ազդանշան ուղարկել Երկիր կայան կամ կարող է ստանալ Երկրային կայանի ուղարկած ազդանշանը և կատարել հետևման չափումը նավի վրա: Այլ կերպ ասած, ավանդական երկկողմանի հետագծումը կարող է փոխարինվել միակողմանի, որը չափվում է կամ գետնին, կամ տիեզերանավի վրա:

Այսպիսով, ի՞նչ է սա նշանակում տիեզերական նավարկության համար: Ընդհանուր առմամբ, միակողմանի հետևումը ավելի ճկուն է, մասշտաբելի (քանի որ այն կարող է ավելի շատ առաքելություններ իրականացնել առանց նոր ալեհավաքներ կառուցելու) և հնարավորություն է տալիս նավարկելու նոր եղանակներ:

DSAC- ն հնարավորություն է տալիս հաջորդ սերնդի խորքային տիեզերքի հետևման: Պատկերը ռեակտիվ շարժման լաբորատորիայի միջոցով

DSAC- ն առաջ է տանում մեզ այսօրվա հնարավորից այն կողմ

Deep Space Atomic Clock- ը ներուժ ունի լուծելու տիեզերագնացության մեր ներկա մարտահրավերները:

• Նման վայրերՄարտ«կուտակված» են բազմաթիվ տիեզերանավերով. Հենց այս պահին կա հինգ ուղեծիր, որոնք մրցում են ռադիոյի հետևման համար: Երկկողմանի հետևելու համար անհրաժեշտ է, որ տիեզերանավերը ռեսուրսը «կիսեն ժամանակով»: Բայց միակողմանի հետևելով ՝ Deep Space Network- ը կարող էր միաժամանակ աջակցել բազմաթիվ տիեզերանավերի ՝ առանց ցանցի ընդլայնման: Այն, ինչ անհրաժեշտ է, ունակ տիեզերանավերի ռադիոկայաններ են ՝ զուգորդված DSAC- ի հետ:

• Գործող Deep Space Network- ի դեպքում միակողմանի հետևումը կարող է իրականացվել ավելի հաճախականությունների տիրույթում, քան ներկայիս երկկողմանի է: Դա անելը բարելավում էհետևման տվյալների ճշգրտությունը 10 անգամ ավելի, արտադրելով միջակայքի արագության չափումներ `ընդամենը 0,01 մմ/վրկ սխալով:

• Deep Space Network- ի միակողմանի վերելակների փոխանցումները շատ հզոր են: Դրանք կարող են ընդունվել տիեզերանավերի ավելի փոքր ալեհավաքներով ՝ ավելի մեծ տեսադաշտով, քան սովորական երկկողմանի հետևման համար այսօր օգտագործվող բարձր շահութաբերությամբ կենտրոնացված ալեհավաքները: Այս փոփոխությունը հնարավորություն է տալիս առաքելությանը առանց ընդհատումների իրականացնել գիտական ​​և հետախուզական գործունեություն ՝ միևնույն ժամանակ նավարկության և գիտության համար բարձր ճշգրիտ տվյալներ հավաքելով: Որպես օրինակ, Յուպիտերի սառցե արբանյակ Եվրոպայի ծանրության դաշտը որոշելու համար DSAC- ի հետ միակողմանի տվյալների օգտագործումը կարելի է հասնել ժամանակի երրորդ երրորդում, որը կպահանջվեր ավանդական երկկողմանի մեթոդների կիրառմամբ թռիչքի առաքելության ժամանակ:ներկայումս մշակման փուլում էՆԱՍԱ -ի կողմից:

• Տիեզերանավի վրա բարձր ճշգրտության միակողմանի տվյալներ հավաքելը նշանակում է, որ տվյալները հասանելի են իրական ժամանակում նավարկության համար: Ի տարբերություն երկկողմանի հետևման, ցամաքային տվյալների հավաքման և մշակման հետաձգում չկա: Նավիգացիայի այս տեսակը կարող է վճռորոշ նշանակություն ունենալ ռոբոտային հետազոտությունների համար. դա կբարելավի ճշգրտությունն ու հուսալիությունը կրիտիկական իրադարձությունների ժամանակ, օրինակ, երբ տիեզերանավը մտնում է մոլորակի շուրջ ուղեծիր: Այն նաև կարևոր է մարդու հետազոտությունների համար, երբ տիեզերագնացներին անհրաժեշտ կլինի իրական ժամանակի հետագծի ճշգրիտ տեղեկատվություն ՝ Արևային համակարգի հեռավոր ուղղություններ ապահով նավարկելու համար:

Next Mars Orbiter- ը (NeMO), որը ներկայումս մշակվում է NASA- ի կողմից, մի առաքելություն է, որը կարող է պոտենցիալ օգուտ քաղել DSAC- ի միակողմանի ռադիոտեղորոշումից և գիտությունից: Նկարը ՝ NASA- ի միջոցով

Հետհաշվարկ DSAC- ի գործարկման համար

DSAC առաքելությունը հյուրընկալվող բեռ էSurrey արբանյակային տեխնոլոգիա Ուղեծրի փորձարկման մահճակալտիեզերանավ. DSAC ցուցադրման ստորաբաժանման հետ միասին, ծայրահեղ կայուն քվարցային տատանումն ու ալեհավաքով GPS ընդունիչը կմտնեն Երկրի ցածր ուղեծիր, երբ SpaceX Falcon Heavy հրթիռի միջոցով արձակվել է 2017 թվականի սկզբին:

Քանի դեռ այն գտնվում է ուղեծրում, DSAC- ի տիեզերական գործունեությունը կչափվի մեկ տարվա ցուցադրության ընթացքում, որի ընթացքում Գլոբալ դիրքավորման համակարգի հետևման տվյալները կօգտագործվեն `որոշելու OTB- ի ուղեծրի և DSAC- ի կայունությունը: Մենք նաև կանցկացնենք մանրակրկիտ մշակված փորձ ՝ հաստատելու համար, որ DSAC- ի վրա հիմնված ուղեծրի գնահատականներն ավելի ճշգրիտ կամ ավելի լավ են, քան ավանդական երկկողմանի տվյալներից որոշվածները: Ահա թե ինչպես մենք կվավերացնենք DSAC- ի օգտակարությունը խոր տիեզերքում միակողմանի ռադիոտեղորոշման համար:

1700 -ականների վերջին բաց ծովում նավարկությունն ընդմիշտ փոխվեցJohnոն Հարիսոնի-ի զարգացումH4«Ծովային ժամացույց» H4- ի կայունությունը ծովագնացներին հնարավորություն տվեց ճշգրիտ և հուսալիորեն որոշել երկայնությունը, որը մինչ այդ ծովագնացներից խուսափում էր հազարավոր տարիներ: Այսօր, խորը տիեզերքը ուսումնասիրելու համար պահանջվում են այնպիսի հեռավորություններ, որոնք մեծության կարգերից ավելի մեծ են, քան օվկիանոսների երկարությունները, և պահանջում է ավելի ճշգրիտ գործիքներ ՝ անվտանգ նավարկության համար: DSAC- ը պատրաստ է պատասխանել այս մարտահրավերին:

Թոդ Էլի, Խորը տիեզերական ատոմային ժամացույցի տեխնոլոգիայի ցուցադրման առաքելության գլխավոր հետազոտող, ռեակտիվ շարժիչ լաբորատորիա,ՆԱՍԱ -ն

Վայելո՞ւմ եք ForVM- ը: Գրանցվեք մեր անվճար օրական լրատուին այսօր:

Այս հոդվածը սկզբնապես հրապարակվել էԽոսակցությունը. Կարդացեքօրիգինալ հոդված.