你想过吗?有朝一日,遨游太阳系可能会像搭乘公共汽车上班一样容易——自动驾驶宇宙飞船运送宇航员穿越深空,类似GPS的定位系统将引导游客在其他行星和卫星表面穿越各种地形。但要实现这些充满未来感的导航计划,航天器和卫星需要配备计时精度极高的时钟,这就是美国国家航空航天局(NASA)的深空原子钟。
据英国《科学新闻》周刊网站近日报道,一个深空原子钟样本于24日试飞,有望成为有史以来最稳定的太空原子钟。该项目首席研究员、NASA喷气推进实验室的伊尔·舒伯特在新闻发布会上说,这种迷你原子钟将安装在未来的宇宙飞船或卫星上,可能“彻底改变我们的航天器在深空的导航方式”。
新原子钟为何这么靠谱
据悉,NASA的深空原子钟对每一秒计量的一致程度大约是GPS卫星上原子钟的50倍——也就是每1000万年才会出现1秒钟的偏差,与NASA“深空网络”所使用的地面原子钟的精度相当。地面原子钟利用无线电天线与整个太阳系的航天任务进行通信。但与那些冰箱大小的原子钟不同,烤面包机大小的深空原子钟更小,可以搭载在航天器上。
新原子钟为何这么可靠呢?该项目研究员、NASA喷气推进实验室的托德·埃利解释说,这种新的原子钟利用带电的汞原子或离子来计时,而目前地球GPS卫星上的原子钟则使用中性的铷原子来计时。由于深空原子钟内部的汞原子带有电荷,它们会被困在电场中,因而无法与其容器壁相互作用;相比之下,GPS原子钟内部的这种相互作用会导致铷原子失去节奏。
GPS卫星时钟需要地球上的指挥中心每天进行两次修正,但新的原子钟更加可靠,不需要频繁修正。埃利说:“如果你有深空原子钟,那么每天两次(修正)可能会变成数周一次,甚至数月一次。”
从双向中继变单向导航
那么,深空原子钟最大的作用是什么?研究人员称,主要是帮助航天器实现自主导航。舒伯特说:“今天探索深空的每一台航天器都依赖在地球上进行的导航操作。”
他解释道,地面天线通过双向中继系统(two-way relay system)向航天器发送信号,然后航天器把信号发射回来。通过测量信号的往返时间,“深空网络”的地面原子钟可以帮助确定航天器的位置。这种导航方法意味着,无论太空探索任务在太阳系中行进至何处,航天器仍然像一只被拴在地球上的风筝,等待来自地球的行进指令,才能继续前行。但是有了深空原子钟,“我们可以过渡到所谓的单向追踪”。宇宙飞船将用其来测量追踪信号从地球抵达飞船所需的时间,而无需将信号发回地面的原子钟进行测量,这将使航天器能够判断自己的轨道。
能自我定位、自主导航的航天器可以使宇航员在不需要接收地球指令的情况下,自行穿越太阳系。埃利说:“在火星这样的地方,(追踪信号)往返时间为8—40分钟;在木星,可能是一个半小时;而在土星,则是两个半小时。”
由于飞行器能自我定位,宇航员可以更加灵活地开展行动,更及时地对意外情况作出反应。
在其他星球上,探测器可利用其携带的深空原子钟来广播带有精确时间标记的信号,任何GPS地面接收器都可以利用这些信号,通过三角测量法确定它的位置。另外,携带深空原子钟的多个航天器可以围绕火星运行,创建出一个类似GPS的网络,为火星上的探测车和宇航员指示方向。
进行为期一年的测试
这个原子钟样本从NASA位于美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射。研究人员将对其在近地轨道的表现进行为期一年的监测,以测试这台原子钟在太空中的稳定性及其一整年的运行情况。埃利说:“我们的目标是每天误差为2纳秒左右,或者不到2纳秒。”
舒伯特表示,如果深空原子钟在太空中试验的这一年进展顺利,那么它最早在本世纪30年代就可以开始执行任务,能为未来的单向导航打好基础。宇航员将可以用其在月球表面进行导航,也可以安全地自主执行任务,前往火星以及更远的深空。减少与地球之间的通信——这将是航天器目前航行方式的巨大改进。
新化月报网报料热线:886 2395@qq.com
最近更新
- 全省法院实现诉讼费缴退费“线上办” 传统线下缴退费功能为何仍保留?2022-01-15
- 受疫情影响西安部分区县蔬菜滞销,亟需各方助力解决2022-01-15
- 恩施州6个重大交通运输项目集中开工!总投资32亿元2022-01-15
- 【15号用】3岗招聘若干人!45岁以下可报!五险一金+包食宿!2022-01-15
- 国际科技合作助推湖南优势领域提升国际竞争力2022-01-15
- 延安城区新增车位3100个 有效破解停车难2022-01-15
- 鸿星尔克入选2021年“诚信之星”!2022-01-15
- 菏泽农商行新兴支行开展包片行政村信贷产品推介活动2022-01-15
- 巩义市:党员“双报到”进社区 为民服务“不打烊”2022-01-15
- 广东珠海1月15日新报告1例本土确诊病例2022-01-15
- 大降价!阜阳即将启动2022-01-15
- 北京专报丨国家卫健委:天津疫情仍在持续发展,西安疫情进入收尾阶段2022-01-15
- 陕西对符合解除隔离条件人员 落实后续7天居家健康监测措施2022-01-15
- 信阳消防联合多部门 开展应急实战演练2022-01-15
- 城西区:“红色存折”让社区志愿服务更有温度2022-01-15
- 乘动车忘带身份证 可开电子证明2022-01-15
- 陕西组建2400人的省级医疗团队 支援本土确诊病例救治工作2022-01-15
- “德尔塔”与“奥密克戎”,救治有何不同?2022-01-15
- 手拉手共成长 长沙清水塘北辰小学孩子“牵手”湘西娃2022-01-15
- 抓整改 提标准 县住建局全力提升城市精细化管理水平2022-01-15
- 破防了!这家山东科技企业的暖心行动2022-01-15
- 临潼区:多措并举助力农业复工复产2022-01-15
- “这个嘉宾思路厉害”,市消保委委员张兆安做客《海波热线》特别节目2022-01-15
- 福州市副市长、公安局长王锡章带队到莆田市公安局考察调研疫情防控工作2022-01-15
- 合肥这家知名书店,新年再出发2022-01-15
- 崔同富到武定县开展春节走访慰问2022-01-15
- 北京:迎接冬奥会和冬残奥会长安街开始布置花坛2022-01-15
- 洋码头首家文旅免税直购店落地重庆十八梯景区2022-01-15
- 每户将分到70斤!更多物资送达……直击杭州西溪雅苑封控现场2022-01-15
- 本土确诊+104,其中河南+52,天津+39,珠海新增感染者均系奥密克戎2022-01-15