NASAは、新しい超高精度の宇宙ベースの原子時計をオンに切り替えました。これにより、将来的には、地球の時計に頼らずに宇宙船が深宇宙を通過できるようになると期待しています。
これは、Deep Space Atomic Clock（DSAC）と呼ばれ、小さなフレームにトラップされた水銀イオンの挙動を測定することによって機能します。 6月以来軌道に乗っていますが、8月23日に最初に正常にアクティブ化されました。派手ではありません。4スライスのトースターとワイヤーでいっぱいの大きさの灰色のボックス、航空宇宙エンジニアのJill SeubertとNASAでのプロジェクトのリーダーの1人は、Live Scienceに語った。しかし、その控えめなサイズがポイントです：Suebertと彼女の同僚は、地球上にある冷蔵庫サイズのいとこからの入力なしに、深宇宙で複雑な操縦を導くのに十分なほど正確で十分に正確な時計を設計するために取り組んでいます。
それは大きくて空っぽいので、あなたは宇宙の周りの道を見つけるために正確な時計が必要です。位置や速度を判断するための目印はほとんどなく、ほとんどは遠すぎて正確な情報を提供できません。したがって、船を回すか、そのスラスタを発射するすべての決定は、3つの質問から始まります。私はどれくらい速く動いていますか？そして、どの方向に？
これらの質問に答える最良の方法は、地球上の無線送信機や、既知の軌道軌道をたどるGPS衛星など、答えがわかっているオブジェクトを調べることです。ポイントAで正確な時間を使用して信号を光速で送信し、ポイントBに到達するのにかかる時間を測定します。これにより、AとBの間の距離がわかります。さらに2つの場所から2つの信号を送信すると、次のようになります。ポイントBが3次元空間のどこにあるかを正確に把握するのに十分な情報。 （これはあなたの電話のGPSソフトウェアがどのように機能するかです：異なる周回衛星によって放送される拍子記号の微妙な違いを常にチェックすることによって。）
宇宙をナビゲートするために、NASAは現在、類似しているがあまり正確ではないシステムに依存しているとSeubert氏は述べています。原子時計と放送機器のほとんどは地球上にあり、それらは集合的にディープスペースネットワークと呼ばれるものを形成しています。したがって、NASAは通常、一度に3つのソースから宇宙船の位置と速度を計算することができません。代わりに、地球と宇宙船の両方が時間の経過とともに宇宙空間を移動するときに、エージェンシーは一連の測定値を使用して、宇宙船の方向と位置を特定します。
宇宙船がそれがどこにあるかを知るためには、Deep Space Networkから信号を受信し、信号が到着するまでの時間を計算し、光の速度を使用して距離を決定する必要があります。これを非常に正確に行うには、これらの時間-信号送信時間と信号受信時間-を可能な限り正確に測定できる必要があります。地上では、これらの信号をディープスペースネットワークから送信するときに、非常に正確な原子時計がありますそして正確だ」と述べた。 「これまでのところ、私たちが持っていたクロックは、宇宙船で飛行するのに十分小さく、低電力であり、超安定発振器と呼ばれています。これは完全な誤称です。超安定ではありません。その信号を記録します-時間を受け取ったが、それは非常に精度が低い。」
宇宙船に搭載された位置データは非常に信頼性が低いため、航行方法（たとえば、スラスタをオンにするかコースを変更するか）を理解することは、はるかに複雑であり、地球上で行う必要があります。言い換えれば、地球上の人々は数十万マイルまたは数百万マイル離れたところから宇宙船を運転しています。
「しかし、その信号受信時刻を原子時計で正確に船上に記録できれば、その追跡データをすべて船上で収集し、宇宙船がそれ自体を運転できるようにコンピューターと無線機を設計する機会が得られます。」彼女は言いました。
NASAや他の宇宙機関は、以前は原子時計を宇宙に置いてきました。私たちのGPS衛星艦隊全体が原子時計を搭載しています。しかし、ほとんどの場合、それらは長期間の作業には不正確で扱いにくい、とSeubert氏は語った。宇宙の環境は地球の研究室よりもはるかに粗いです。時計が日光に出入りすると温度が変化します。放射線レベルは上下します。
「それは宇宙飛行のよく知られた問題であり、我々は通常、私たちが実証した放射線硬化部品を同じような性能の異なる放射線環境で動作できるように送ります」と彼女は言った。
しかし、放射線は依然として電子機器の動作方法を変えます。これらの変更は、原子時計が時間のずれを測定するために使用する敏感な機器に影響を与え、不正確さをもたらす恐れがあります。 1日に何度も、空軍はGPS衛星の時計に修正をアップロードして、それらが地上の時計とずれないようにします。
彼女によると、DSACの目標は、携帯型でシンプルなだけでなく、宇宙船に設置できるだけでなく、地球ベースのチームからの絶え間ない調整を必要とせずに長期にわたって宇宙で動作するのに十分な耐久性があるシステムを確立することです。
地球上の信号を使用してより正確な深宇宙航行を可能にすることに加えて、そのような時計はいつか遠くの前哨基地にいる宇宙飛行士が地球上の地図装置と同じように移動できるようにするかもしれない、とSeubertは言った。 DSACデバイスを備えた衛星の小さな艦隊は、地球またはGPSシステムの代わりに機能して、月または火星を周回でき、このネットワークは1日に数回の修正を必要としません。
将来的には、DSACまたは同様のデバイスがパルサーナビゲーションシステムで役割を果たす可能性があり、他の星系からの光のパルスのようなもののタイミングを追跡して、宇宙船が地球からの入力なしで航行できるようになる、と彼女は言いました。
ただし、翌年の目標は、この最初のDSACが地球の近くを周回するときに正しく機能するようにすることです。
「基本的には、その環境で適切に動作するように時計を調整する方法を学ぶ必要がある」とSeubert氏は語った。
今年のデバイスの調整中にDSACのクルーが学んだ教訓は、将来的に長距離ミッションで同様のデバイスを使用できるように準備する必要があると彼女は付け加えました。
