นาซ่าได้เปิดนาฬิกาอะตอมใหม่ที่มีความแม่นยำสูงโดยเฉพาะซึ่งหน่วยงานหวังว่าสักวันหนึ่งจะช่วยให้ยานอวกาศขับเคลื่อนตัวเองผ่านอวกาศลึกโดยไม่ต้องพึ่งพานาฬิกา Earthbound
มันเรียกว่านาฬิกาอะตอมอวกาศห้วงลึก (DSAC) และทำงานโดยการวัดพฤติกรรมของปรอทที่ติดอยู่ในกรอบเล็ก ๆ มันอยู่ในวงโคจรตั้งแต่เดือนมิถุนายน แต่มันเปิดใช้งานได้สำเร็จเป็นครั้งแรกในวันที่ 23 สิงหาคมมันไม่ฉูดฉาดแค่กล่องสีเทาขนาดของเครื่องปิ้งขนมปังสี่ชิ้นและเต็มไปด้วยสายไฟ Jill Seubert วิศวกรการบินและอีกคนหนึ่ง จากผู้นำของโครงการที่ NASA บอกกับ Live Science แต่ขนาดที่ไม่น่าเชื่อคือประเด็น: Suebert และเพื่อนร่วมงานของเธอกำลังทำงานเพื่อสร้างนาฬิกาขนาดเล็กพอที่จะบรรจุลงในยานอวกาศใด ๆ และแม่นยำพอที่จะนำทางยานอวกาศที่ซับซ้อนในห้วงอวกาศโดยไม่ต้องป้อนข้อมูลใด ๆ
คุณต้องใช้นาฬิกาที่แม่นยำเพื่อหาทางไปรอบ ๆ อวกาศเพราะมันใหญ่และว่างเปล่า มีสถานที่สำคัญเพียงไม่กี่แห่งที่จะตัดสินตำแหน่งหรือความเร็วของคุณและส่วนใหญ่อยู่ไกลเกินไปที่จะให้ข้อมูลที่แม่นยำ ดังนั้นการตัดสินใจที่จะเลี้ยวเรือหรือยิงนักขับเรือของ Seubert กล่าวเริ่มต้นด้วยคำถามสามข้อ: ฉันอยู่ที่ไหน? ฉันเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน? และในทิศทางใด
วิธีที่ดีที่สุดในการตอบคำถามเหล่านั้นคือการดูวัตถุที่รู้คำตอบอยู่แล้วเช่นเครื่องส่งสัญญาณวิทยุบนโลกหรือดาวเทียม GPS ตามเส้นทางโคจรที่รู้จักผ่านอวกาศ ส่งสัญญาณที่ความเร็วแสงด้วยเวลาที่แม่นยำ ณ จุด A และวัดระยะเวลาในการไปยังจุด B ที่บอกระยะทางระหว่าง A ถึง B ส่งสัญญาณเพิ่มอีกสองตำแหน่งจากอีกสองตำแหน่งและคุณจะมี ข้อมูลเพียงพอที่จะคิดออกว่าจุด B อยู่ในพื้นที่สามมิติ (นี่คือการทำงานของซอฟต์แวร์ GPS ในโทรศัพท์ของคุณ: โดยตรวจสอบความแตกต่างนาทีในลายเซ็นเวลาที่ออกอากาศโดยดาวเทียมต่าง ๆ ที่โคจรรอบ)
ในการสำรวจอวกาศนาซ่าในปัจจุบันใช้ระบบที่คล้ายกัน แต่มีความแม่นยำน้อยกว่า Seubert กล่าว นาฬิกาอะตอมและอุปกรณ์ออกอากาศส่วนใหญ่อยู่บนโลกและรวมกันเป็นสิ่งที่เรียกว่าเครือข่ายห้วงอวกาศ ดังนั้น NASA จึงไม่สามารถคำนวณตำแหน่งและความเร็วของยานอวกาศได้จากสามแหล่งในคราวเดียว หน่วยงานใช้ชุดการวัดแทนทั้งโลกและยานอวกาศเคลื่อนที่ผ่านอวกาศเมื่อเวลาผ่านไปเพื่อกำหนดทิศทางและตำแหน่งของยานอวกาศ
เพื่อให้ยานอวกาศรู้ว่าอยู่ที่ไหนมันจำเป็นต้องได้รับสัญญาณจากเครือข่ายห้วงอวกาศคำนวณเวลาที่สัญญาณมาถึงและใช้ความเร็วแสงเพื่อกำหนดระยะทาง "ในการทำสิ่งนี้อย่างแม่นยำมากคุณ จำเป็นต้องสามารถวัดเวลาเหล่านั้น - เวลาที่ส่งสัญญาณและรับสัญญาณ - ได้อย่างแม่นยำที่สุดและบนพื้นดินเมื่อเราส่งสัญญาณเหล่านี้จากเครือข่ายห้วงอวกาศของเราเรามีนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำมาก และแม่นยำ "Seubert กล่าว "จนถึงตอนนี้นาฬิกาที่เรามีซึ่งมีขนาดเล็กพอและพลังงานต่ำพอที่จะบินบนยานอวกาศพวกมันถูกเรียกว่าออสซิลเลเตอร์ที่มีความเปรียบต่างสูงซึ่งเป็นนักเรียกผิดที่สมบูรณ์พวกเขาไม่ได้คมชัด เวลาที่ได้รับ แต่มีความแม่นยำต่ำมาก "
เนื่องจากข้อมูลตำแหน่งบนยานอวกาศนั้นไม่น่าเชื่อถือดังนั้นให้หาวิธีการนำทาง - เมื่อเปิดเส้นทางทรัสเตอร์หรือเปลี่ยนเส้นทาง - มีความซับซ้อนและต้องทำบนโลก กล่าวอีกนัยหนึ่งคือผู้คนบนโลกกำลังขับยานอวกาศออกไปหลายร้อยหรือหลายล้านไมล์
"แต่ถ้าคุณสามารถบันทึกเวลาที่รับสัญญาณได้อย่างแม่นยำด้วยนาฬิกาอะตอมตอนนี้คุณมีโอกาสที่จะรวบรวมข้อมูลการติดตามทั้งหมดบนบอร์ดและออกแบบคอมพิวเตอร์และวิทยุของคุณเพื่อให้ยานอวกาศสามารถขับเคลื่อนตัวมันเองได้" เธอพูด.
นาซ่าและหน่วยงานอวกาศอื่น ๆ ได้วางนาฬิกาอะตอมไว้ในอวกาศก่อน ฝูงบินดาวเทียม GPS ทั้งหมดของเรามีนาฬิกาอะตอม แต่ส่วนใหญ่พวกเขาไม่ถูกต้องและไม่เหมาะสมสำหรับงานระยะยาวมากเกินไป Seubert กล่าว สภาพแวดล้อมในอวกาศนั้นรุนแรงกว่าห้องแล็บวิจัยบนโลก อุณหภูมิเปลี่ยนไปเมื่อนาฬิกาผ่านเข้าและออกจากแสงแดด ระดับการแผ่รังสีขึ้นและลง
“ มันเป็นปัญหาที่รู้จักกันดีของยานอวกาศและโดยทั่วไปแล้วเราจะส่งชิ้นส่วนที่ชุบแข็งด้วยรังสีซึ่งเราได้แสดงให้เห็นแล้วว่าสามารถทำงานในสภาพแวดล้อมของรังสีที่แตกต่างกันด้วยการแสดงที่คล้ายกัน” เธอกล่าว
แต่รังสียังคงเปลี่ยนวิธีการทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นส่งผลต่อนาฬิกาอะตอมของอุปกรณ์ที่มีความละเอียดอ่อนใช้ในการวัดการลื่นไถลของเวลา Seubert ชี้ให้เห็นหลายครั้งต่อวันกองทัพอากาศจะทำการอัพโหลดการแก้ไขไปยังนาฬิกาของดาวเทียม GPS เพื่อป้องกันไม่ให้พวกมันหลุดลอยจากการซิงค์กับนาฬิกาบนพื้นดิน
เป้าหมายของ DSAC คือการสร้างระบบที่ไม่เพียงพกพาง่ายพอที่จะติดตั้งบนยานอวกาศใด ๆ แต่ยังแข็งแกร่งพอที่จะทำงานในอวกาศในระยะยาวโดยไม่จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องจากทีมงานบนโลก
นอกเหนือจากการอนุญาตให้มีการนำทางในห้วงอวกาศที่แม่นยำยิ่งขึ้นโดยใช้สัญญาณทางโลกนาฬิกาดังกล่าวอาจวันหนึ่งปล่อยให้นักบินอวกาศบนด่านนอกที่อยู่ห่างไกลออกไปได้เช่นเดียวกับที่เราทำกับอุปกรณ์แผนที่ของเราบนโลก Seubert กล่าว กองยานดาวเทียมขนาดเล็กที่ติดตั้งอุปกรณ์ DSAC สามารถโคจรรอบดวงจันทร์หรือดาวอังคารทำงานแทนระบบ GPS ของโลกและเครือข่ายนี้จะไม่ต้องการการแก้ไขหลายครั้งต่อวัน
เธอกล่าวว่า DSACs หรืออุปกรณ์ที่คล้ายกันอาจมีบทบาทในระบบนำทางพัลซาร์ซึ่งจะติดตามเวลาของสิ่งต่าง ๆ เช่นการเต้นของแสงจากระบบดาวอื่น ๆ เพื่อให้ยานอวกาศนำทางโดยไม่ต้องป้อนข้อมูลใด ๆ จากโลก
อย่างไรก็ตามสำหรับปีถัดไปเป้าหมายคือการทำให้ DSAC เครื่องแรกทำงานอย่างถูกต้องเนื่องจากมันโคจรรอบโลก
“ สิ่งที่เราต้องทำคือเรียนรู้วิธีปรับนาฬิกาให้ทำงานอย่างถูกต้องในสภาพแวดล้อมนั้น” Seubert กล่าว
บทเรียนที่ทีมงาน DSAC เรียนรู้ในขณะที่ปรับอุปกรณ์ในปีนี้ควรเตรียมพวกเขาให้ใช้อุปกรณ์ที่คล้ายกันในภารกิจระยะไกลตามถนน
