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有了它 遨游太陽系或像坐公汽上班一樣容易?

2019-06-25 08:59:08  來源:參考消息

美媒稱,美國國家航空航天局的便攜式原子鐘或將徹底改變太空旅行,有朝一日,遨游太陽系可能會像坐公共汽車上班一樣容易。

據美國《科學新聞》雙周刊網站6月21日報道,科學家設想,自動駕駛的宇宙飛船將運送宇航員穿越深空,類似GPS的定位系統將引導游客在其他行星和衛星表面穿越各種地形。但是,要實現這些充滿未來感的導航計劃,航天器和衛星將需要配備計時精度極高的時鐘——比任何已經發送到太空的時鐘都要精確。

這種時鐘的一個樣本定于6月24日試飛。

美國國家航空航天局(NASA)的“深空原子鐘”對每一秒計量的一致程度大約是GPS衛星上原子鐘的50倍。這種水平相當于NASA“深空網絡”所使用的地面原子鐘——這些地面設備利用無線電天線與整個太陽系的航天任務進行通信。但與那些冰箱大小的鐘表不同,烤面包機大小的“深空原子鐘”可以搭載在航天器上。

這個項目的副首席研究員伊爾·佐伊貝特6月10日在新聞發布會上說,這種迷你原子鐘將安裝在未來的宇宙飛船或衛星上,它可能“徹底改變我們航天器在深空的導航方式”。

這個時鐘樣本將從NASA位于美國佛羅里達州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心發射。在發射之后,研究人員將對其在近地軌道的表現進行為期一年的監測。下面將簡要介紹這臺時鐘對未來航天飛行可能意味著什么。

這臺時鐘將如何改變太空導航?

佐伊貝特說:“今天探索深空的每一個航天器都依賴在地球上進行的導航操作。”地面天線向航天器發送信號,然后航天器把信號反射回來。通過測量信號的往返時間,“深空網絡”的地面原子鐘可以幫助確定航天器的位置。佐伊貝特目前在加利福尼亞州帕薩迪納的NASA噴氣推進實驗室工作。

他說,有了新的“深空原子鐘”,“我們可以過渡到我們所說的單向追蹤”。宇宙飛船將利用它攜帶的這類時鐘來測量追蹤信號從地球抵達飛船所需的時間,而無需將信號發回地面的原子鐘進行測量。這將使航天器能夠判斷自己的軌道。

單向追蹤有哪些好處?

能自我定位的航天器可以使宇航員在不需要接收地球指令的情況下自行穿越太陽系。該項目首席研究員、同樣在NASA噴氣推進實驗室工作的托德·埃利說:“在火星這樣的地方,(追蹤信號)往返時間為8至40分鐘。在木星,可能是……一個半小時。土星是兩個半小時。”

由于飛行器能夠自我定位,探險者可以更加靈活地開展行動,更及時地對意外情況作出反應。

這臺時鐘將如何幫助人們實現在其他星球上導航?

佐伊貝特在新聞發布會上說:“想象一下,宇航員在火星上徒步旅行,也許遠方就是奧林帕斯山,她正在查看谷歌地圖的火星版,看看自己在哪里。”他說,“這個概念真的會和我們地球上GPS的概念一樣”,由一組衛星提供覆蓋星球表面的服務。

在其他星球上,衛星會利用其攜帶的“深空原子鐘”來廣播帶有精確時間戳的信號,任何GPS地面接收器都可以利用這些信號通過三角測量法確定自己的位置。

是什么讓新的太空時鐘比其他時鐘更可靠?

這種新的原子鐘利用帶電的汞原子或離子來計時,而目前地球GPS衛星上的原子鐘則使用中性的銣原子。由于新原子鐘內部的汞原子帶有電荷,它們會被困在電場中,因而無法與其容器的墻壁相互作用——埃利解釋說,GPS原子鐘內部的這種相互作用會導致銣原子失去節奏。

地球的GPS衛星時鐘需要地球上的指揮中心每天進行兩次修正。埃利說:“如果你有‘深空原子鐘’,那么每天兩次可能會變成數周一次,甚至數月一次。”

在這臺時鐘樣本的首次飛行中,科學家們將進行哪些測試?

科學家需要確保這臺時鐘在太空中同樣如此穩定。埃利說:“我們的目標是每天誤差為2納秒左右,或者不到2納秒。”

這次試飛還將測試時鐘在太空中運行一整年的情況。

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