NASA telah menghidupkan jam atomik yang baru, tepat, dan berasaskan ruang bahawa agensi berharap dapat satu hari membantu kapal angkasa memandu sendiri melalui ruang dalam tanpa bergantung pada jam Earthbound.
Ia dipanggil Jam Space Atom Dalam (DSAC), dan ia berfungsi dengan mengukur tingkah laku ion merkuri yang terperangkap dalam bingkai kecilnya. Ia berada di orbit sejak Jun, tetapi ia mula-mula berjaya diaktifkan pada 23 Ogos. Ia sama sekali tidak terang - hanya kotak abu-abu mengenai saiz pemanggang roti empat keping dan penuh dengan wayar, Jill Seubert, seorang jurutera aeroangkasa dan satu daripada pemimpin projek di NASA, memberitahu Live Science. Tetapi saiz sedemikian adalah titik: Suebert dan rakan-rakannya bekerja untuk membuat mesin jam yang cukup kecil untuk memuat ke mana-mana kapal angkasa dan cukup tepat untuk membimbing manuver rumit di dalam ruang tanpa apa-apa input dari sepupu sepupu di Amerika.
Anda memerlukan jam yang tepat untuk mencari jalan anda di sekitar ruang kerana ia besar dan kosong. Terdapat beberapa mercu tanda untuk menilai kedudukan atau halaju anda, dan kebanyakannya terlalu jauh untuk menawarkan maklumat yang tepat. Oleh itu, setiap keputusan untuk menghidupkan kapal atau menembak para pencetusnya, Seubert berkata, bermula dengan tiga soalan: Di mana saya? Berapa cepat saya bergerak? Dan ke arah mana?
Cara terbaik untuk menjawab soalan-soalan itu ialah melihat objek yang mana jawapannya sudah diketahui, seperti pemancar radio di Bumi, atau satelit GPS mengikuti jejak orbit yang diketahui melalui ruang angkasa. Kirimkan isyarat pada kelajuan cahaya dengan masa yang tepat pada titik A dan ukur berapa lama masa yang diperlukan untuk mendapatkan titik B. Itu memberitahu anda jarak antara A dan B. Hantar dua lagi isyarat dari dua lokasi lagi, dan anda akan mempunyai maklumat yang cukup untuk mencari tepat di mana titik B berada dalam ruang tiga dimensi. (Ini adalah bagaimana perisian GPS pada telefon anda berfungsi: dengan sentiasa memeriksa perbezaan minit dalam tandatangan masa yang disiarkan oleh satelit yang mengorbit yang berbeza.)
Untuk menavigasi ruang, NASA kini bergantung pada sistem yang serupa tetapi tidak tepat, kata Seubert. Kebanyakan jam atom dan peralatan penyiaran berada di Bumi, dan mereka secara kolektif membentuk apa yang dikenali sebagai Rangkaian Ruang Dalam. Oleh itu NASA biasanya tidak dapat mengira kedudukan dan halangan kapal angkasa dari tiga sumber dalam satu perjalanan. Sebaliknya, agensi itu menggunakan siri pengukuran kerana kedua-dua Bumi dan kapal angkasa bergerak melalui angkasa dari masa ke masa untuk mengarahkan arah dan kedudukan kapal angkasa.
Untuk kapal angkasa untuk mengetahui di mana ia perlu menerima isyarat dari Rangkaian Ruang Dalam, hitungkan masa yang diperlukan untuk isyarat untuk tiba dan gunakan kelajuan cahaya untuk menentukan jarak. "Untuk melakukan ini dengan tepat, anda perlu dapat mengukur masa-masa - masa yang dihantar melalui isyarat dan isyarat - secepat yang mungkin. Dan di lapangan, apabila kita menghantar isyarat ini dari Rangkaian Ruang Dalam kita, kita mempunyai jam atom yang sangat tepat dan tepat, "kata Seubert. "Sehingga kini, jam-jam yang kami ada yang cukup kecil dan kuasa rendah yang cukup untuk terbang di kapal angkasa, mereka dipanggil pengayun ultrastable, yang merupakan kesilapan yang lengkap Mereka tidak mencatatkan bahawa isyarat- menerima masa, tetapi ia sangat ketepatan. "
Kerana data lokasi di atas kapal angkasa tidak dapat dipercayai, memikirkan bagaimana cara menavigasi - apabila menghidupkan pembalut atau perubahan kursus, contohnya - adalah lebih rumit dan perlu dilakukan di Bumi. Dengan kata lain, orang di Bumi memacu kapal angkasa dari beratus-ratus ribu atau berjuta-juta batu jauhnya.
"Tetapi jika anda dapat merakam masa yang diberikan oleh isyarat di papan yang sangat tepat dengan jam atom, sekarang anda mempunyai peluang untuk mengumpul semua data penjejakan itu di papan dan reka bentuk komputer anda dan radio anda supaya kapal angkasa dapat memandu sendiri," dia berkata.
NASA dan agensi angkasa lain telah meletakkan jam atom di ruang sebelum ini. Seluruh satelit satelit kami membawa jam atom. Tetapi, untuk sebahagian besar, mereka terlalu tidak akurat dan sukar untuk kerja jangka panjang, kata Seubert. Persekitaran di ruang jauh lebih kasar daripada makmal penyelidikan di Bumi. Suhu berubah apabila jam masuk dan keluar dari cahaya matahari. Tahap sinaran naik dan turun.
"Ia adalah masalah utama spaceflight, dan kami biasanya menghantar bahagian-bahagian radiasi yang keras yang kami telah tunjukkan dapat beroperasi dalam persekitaran radiasi yang berbeza dengan persembahan yang sama," katanya.
Tetapi radiasi masih berubah cara elektronik beroperasi. Dan perubahan-perubahan tersebut memberi kesan kepada peralatan sensitif jam atom yang digunakan untuk mengukur masa yang tergelincir oleh, mengancam untuk memperkenalkan ketidaktepatan. Berbilang kali sehari, Seubert menegaskan, Angkatan Tentera memuatkan pembetulan kepada jam satelit satelit untuk memastikan mereka tidak dapat menyelinap keluar dari jam di atas tanah.
Matlamat DSAC, katanya, adalah untuk mewujudkan satu sistem yang bukan sahaja mudah alih dan cukup mudah untuk dipasang pada mana-mana kapal angkasa tetapi juga cukup kuat untuk beroperasi di angkasa dalam jangka panjang tanpa memerlukan pelarasan malar dari pasukan berasaskan Bumi.
Sebagai tambahan untuk membolehkan navigasi mendalam yang lebih tepat menggunakan isyarat Bumi, seperti jam mungkin satu hari membiarkan angkasawan di pos jauh pergi seperti yang kita lakukan dengan peranti pemetaan kami di Bumi, kata Seubert. Satu armada satelit kecil yang dilengkapi dengan peranti DSAC boleh mengorbit bulan atau Marikh, berfungsi sebagai pengganti sistem GPS Bumi, dan rangkaian ini tidak memerlukan pembetulan beberapa kali sehari.
Di jalan raya, katanya, DSAC atau peranti yang serupa mungkin memainkan peranan dalam sistem navigasi pulsar, yang akan menjejaki masa seperti perkara-perkara seperti cahaya cahaya dari sistem bintang lain untuk membolehkan kapal angkasa menavigasi tanpa apa-apa input dari Bumi.
Untuk tahun yang akan datang, matlamatnya adalah untuk mendapatkan DSAC pertama berfungsi dengan baik kerana ia mengorbit dekat Bumi.
"Apa yang perlu kita lakukan pada dasarnya ialah mempelajari cara menyesuaikan jam untuk berfungsi dengan baik dalam persekitaran itu," kata Seubert.
Pelajaran kru DSAC yang belajar semasa menala peranti pada tahun ini harus menyediakan mereka untuk menggunakan peranti serupa pada misi jarak jauh di jalan, tambahnya.
