Как атомные часы вовремя доставят людей на Марс?
Атомные часы для глубокого космоса (Deep Space Atomic Clock – DSAC), новая технология от JPL NASA, могут изменить способ навигации космического корабля в космосе. В конце июня на борту спутника Orbital Test Bed DSAC будут запущены на ракете SpaceX Falcon Heavy. Потомки этой демонстрационной технологии могут стать ключевым компонентом автономного космического корабля и GPS-подобной навигационной системы в других мирах.
Кредит: General Atomics Electromagnetic Systems
Навигаторы NASA помогают построить будущее, в котором космические корабли смогут безопасно и автономно летать в такие пункты назначения, как Луна и Марс.
Сегодня навигаторы сообщают космическому кораблю, куда лететь, рассчитывая его положение относительно Земли и отправляя данные о местоположении в космос с помощью двусторонней ретрансляционной системы, которая может занять от нескольких минут до нескольких часов, чтобы доставить указания. Этот метод навигации означает, что независимо от того, как далеко миссия проходит через солнечную систему, наши космические корабли все еще привязаны к Земле, ожидая команд с нашей планеты.
Это ограничение создает очевидные проблемы для будущей миссии с экипажем на другую планету. Как астронавты могут перемещаться далеко от Земли, если они не имеют непосредственного контроля над тем, куда они направляются? И как они могут точно приземлиться на другой планете, когда существует задержка связи, которая влияет на то, как быстро они могут приспособить свою траекторию к атмосфере?
Атомные часы для глубокого космоса (DSAC) от NASA – это устройство размером с тостер, которое призвано ответить на эти вопросы. Это первый GPS-подобный прибор, маленький и достаточно стабильный, чтобы летать на космическом корабле. Демонстрация технологии позволит космическому кораблю знать, где он находится, без необходимости полагаться на эти данные с Земли. В конце июня часы запустят на ракете SpaceX Falcon Heavy на околоземную орбиту на один год, где проверят, могут ли они помочь космическим кораблям позиционировать себя в космосе.
Если год испытаний атомных часов в космосе пройдет удачно, то это может проложить путь к будущей односторонней навигации, в которой астронавты будут управлять GPS-подобной системой на поверхности Луны или смогут безопасно выполнять свои миссии на Марс и дальше.
«Каждый космический корабль, исследующий дальний космос, управляется навигаторами здесь, на Земле. Атомные часы для глубокого космоса изменят это, позволяя выполнять автономную навигацию, создав космический корабль с самостоятельным управлением», – сказала заместитель главного исследователя Джилл Зойберт.
В глубоком космосе нет GPS
Атомные часы в космосе не новы. Каждое устройство GPS и смартфон определяет свое местоположение с помощью атомных часов на спутниках, вращающихся вокруг Земли. Спутники посылают сигналы из космоса, а приемник производит триангуляцию вашего положения, измеряя, сколько времени требуется сигналам для достижения вашего GPS.
В настоящее время космические корабли, летящие за пределы орбиты Земли, не имеют GPS, чтобы найти дорогу в космосе. Атомные часы на спутниках GPS не являются достаточно точными, чтобы посылать указания космическим кораблям, когда отключение даже менее чем за секунду может означать, что вы промахнулись мимо планеты на мили.
Вместо этого навигаторы используют гигантские антенны на Земле, чтобы послать сигнал космическому кораблю, который возвращает его обратно на Землю. Чрезвычайно точные часы на земле измеряют, сколько времени понадобится сигналу, чтобы совершить это двустороннее путешествие. Количество времени говорит им, как далеко космический корабль и как быстро он летит. Только тогда навигаторы могут отправлять указания космическому кораблю, сообщая ему, куда лететь.
«Это та же самая концепция, что и эхо», – сказал Зойберт. «Если я стою перед горой и кричу, чем дольше эхо возвращается ко мне, тем дальше гора».
Двусторонняя навигация означает, что независимо от того, насколько глубоко миссия уходит в космос, ей все равно придется ждать, пока сигнал, несущий команды, преодолеет огромные расстояния между планетами. Этот процесс прославился посадками на Марс, такими как Curiosity, когда мир ждал 14 долгих минут вместе с контролем миссии, чтобы марсоход отправил сообщение, что он благополучно приземлился. Эта задержка представляет собой среднее время ожидания: в зависимости от того, где Земля и Марс находятся на своих орбитах, однонаправленный сигнал может перемещаться между планетами в любом месте от 4 до 20 минут.
Это медленный, трудоемкий способ навигации в глубоком космосе, который связывает гигантские антенны Deep Space Network (DSN) НАСА, как занятая телефонная линия. Во время этого обмена космический корабль, летящий со скоростью десятки тысяч миль в час, может быть в совершенно другом месте к тому времени, когда он «узнает», где он находится.
Лучший способ навигации
Атомные часы, достаточно маленькие, чтобы разместиться на космическом корабле, но достаточно точные, чтобы давать точные указания, могут устранить необходимость в этой двусторонней системе. Будущие навигаторы посылали бы сигнал с Земли на космический корабль. Как и его земные кузены, DSAC измеряли бы время, которое потребовалось для получения этого сигнала. Космический корабль может затем рассчитать свою собственную позицию и траекторию, по существу, задавая себе направления.
«Наличие на борту часов дало бы возможность бортовой радионавигации и, в сочетании с оптической навигацией, обеспечило бы астронавтам более точный и безопасный способ навигации», – сказал главный исследователь DSAC Тодд Эли.
Эта односторонняя навигация неоценима для Марса и за его пределами. Антенны DSN могли бы связываться с несколькими миссиями одновременно, передавая один сигнал в космос. Новая технология может улучшить точность GPS и на Земле. И несколько космических кораблей с атомными часами в глубоком космосе могли бы вращаться вокруг Марса, создавая сеть, подобную GPS, которая бы давала указания роботам и людям на поверхности.
“Атомные часы будут иметь возможность помогать в навигации не только локально, но и на других планетах. Это, как если бы у нас были GPS на других планетах», – сказал Эрик Берт, разработчик ионных часов.
Берт и его коллеги-физики из JPL Роберт Тьелкер и Джон Престаж создали ртутные ионные часы, которые поддерживают свою стабильность в космосе так же, как атомные часы размером с холодильник на Земле. В лабораторных тестах атомные часы оказались в 50 раз точнее, чем часы GPS. Это ошибка в 1 секунду каждые 10 миллионов лет.
Демонстрация часов в космосе определит, могут ли они оставаться стабильными на орбите. Если это произойдет, такие атомные часы смогут летать уже в 2030-х годах. Это первый шаг к самостоятельному управлению космического корабля, который может однажды унести людей в другие миры.
Атомные часы размещены на космическом корабле, предоставленном компанией General Atomics Electromagnetic Systems в Энглвуде, штат Колорадо. Он финансируется программой «Демонстрационные миссии в области технологий» в Управлении космических технологий НАСА и программой «Космическая связь и навигация» в Human Exploration and Operations Mission Directorate при НАСА. JPL управляет проектом.
Вот пять вещей, которые нужно знать об атомных часах НАСА: https://www.nasa.gov/feature/jpl/five-things-to-know-about-nasas-deep-space-atomic-clock
Подробнее о других миссиях НАСА на SpaceX Falcon Heavy: https://www.nasa.gov/spacex
Лаборатория реактивного движения Ариэль Самуэльсон, Пасадена, Калифорния
818-354-0307
arielle.a.samuelson@jpl.nasa.gov
Источники:
https://www.nasa.gov/feature/jpl/how-an-atomic-clock-will-get-humans-to-mars-on-time
https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/engineering/technology/dsac
... а кто смог, тот вообще свалил.
Интересно, кто весь этот банкет будет оплачивать? Вы? И к тому же технически мы имеем +/- 6…
Все спектрометры ушли на Калибры.
Сложнее не в смысле технологии, а в смысле усложнения конструкции - а чем более сложная конструкция/чем больше…
НАСА предоставило гамма- и нейтронный спектрометр для японской миссии для изучения спутников Марса. Раньше такого рода приборы…
Косяки є, я не вдавався в деталі, не цікаво. Можна майже зі 100% впевненістю казати про те,…
Просто відібрали тих, кого не дуже шкода )
Не, тэрмас, гэта вакум или шуба. В вашем варианте газовая оболочка меж внутренним вакуумом и внешним. Мне…
Считаю здесь основную роль играет масса. Сложность -- отработана годами, пусть пару месяцев лишней работы. Цена вопроса…
> мы уже знаем, то “Дональд придёт – порядок наведёт” и ему надо как-то делать Америку греат…
Да, раньше каждую посадку смотрел, сейчас - редко...
А є версії? Зелений кіт випустив відео - при зтравлюванні баласту з кисню, вийшла з ладу система…
Найтрадиційніший і найперевіреніший спосіб - ізотопна грілка. Але її використання помітно обмежується ціною і правилами поводження з…
>И шо, она выратуе от мороза? Вядома, прыкладна як тэрмас. :-)
Я рассуждаю так: во первых, мы уже знаем, то "Дональд придёт - порядок наведёт" и ему надо…
И шо, она выратуе от мороза?
Взагалі я не розумію чому досі не реалізували щось по типу надувного будиночка з легкого світловідбиваючого матеріалу,…
Там вати в коментарях багато
> Что я увидел в этой статье: ... Часть вы увидели верно, часть сами надумали, уж извините.…
>У него ещё всё впереди: и первая доставка ПН, Первая доставка ПН будет следующим стартом. Маск долго…
>Приведите цитаты “яда”, может я действительно слепой как крот. Что я увидел в этой статье: НАСА -…
Ну, за бажання, можна довести посадкові модулі до стану "нічної схованки", куди б рій повертався увечері. З…
> А вот по поводу проекции предрасудков остаюсь при своем мнении. Ну тут мне сказать нечего. Я…
Рій :) Милує моє око. Все як по-написаному. Щоправда, суто колесні екіпажі матимуть дуже багато обмежень на…
> Есть вариант, который может ускорить появление человека на поверхности Марса как минимум на два года... С…