新原子鐘為何這么靠譜

那么，深空原子鐘最大的作用是什么?研究人員稱(chēng)，主要是幫助航天器實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航。舒伯特說(shuō)：“今天探索深空的每一臺(tái)航天器都依賴(lài)在地球上進(jìn)行的導(dǎo)航操作。”

他解釋道，地面天線(xiàn)通過(guò)雙向中繼系統(tǒng)(two-way relay system)向航天器發(fā)送信號(hào)，然后航天器把信號(hào)發(fā)射回來(lái)。通過(guò)測(cè)量信號(hào)的往返時(shí)間，“深空網(wǎng)絡(luò)”的地面原子鐘可以幫助確定航天器的位置。這種導(dǎo)航方法意味著，無(wú)論太空探索任務(wù)在太陽(yáng)系中行進(jìn)至何處，航天器仍然像一只被拴在地球上的風(fēng)箏，等待來(lái)自地球的行進(jìn)指令，才能繼續(xù)前行。但是有了深空原子鐘，“我們可以過(guò)渡到所謂的單向追蹤”。宇宙飛船將用其來(lái)測(cè)量追蹤信號(hào)從地球抵達(dá)飛船所需的時(shí)間，而無(wú)需將信號(hào)發(fā)回地面的原子鐘進(jìn)行測(cè)量，這將使航天器能夠判斷自己的軌道。

能自我定位、自主導(dǎo)航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(yáng)系。埃利說(shuō)：“在火星這樣的地方，(追蹤信號(hào))往返時(shí)間為8—40分鐘;在木星，可能是一個(gè)半小時(shí);而在土星，則是兩個(gè)半小時(shí)。”

由于飛行器能自我定位，宇航員可以更加靈活地開(kāi)展行動(dòng)，更及時(shí)地對(duì)意外情況作出反應(yīng)。

在其他星球上，探測(cè)器可利用其攜帶的深空原子鐘來(lái)廣播帶有精確時(shí)間標(biāo)記的信號(hào)，任何GPS地面接收器都可以利用這些信號(hào)，通過(guò)三角測(cè)量法確定它的位置。另外，攜帶深空原子鐘的多個(gè)航天器可以圍繞火星運(yùn)行，創(chuàng)建出一個(gè)類(lèi)似GPS的網(wǎng)絡(luò)，為火星上的探測(cè)車(chē)和宇航員指示方向。

進(jìn)行為期一年的測(cè)試

這個(gè)原子鐘樣本從NASA位于美國(guó)佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心發(fā)射。研究人員將對(duì)其在近地軌道的表現(xiàn)進(jìn)行為期一年的監(jiān)測(cè)，以測(cè)試這臺(tái)原子鐘在太空中的穩(wěn)定性及其一整年的運(yùn)行情況。埃利說(shuō)：“我們的目標(biāo)是每天誤差為2納秒左右，或者不到2納秒。”

舒伯特表示，如果深空原子鐘在太空中試驗(yàn)的這一年進(jìn)展順利，那么它最早在本世紀(jì)30年代就可以開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)，能為未來(lái)的單向?qū)Ш酱蚝没A(chǔ)。宇航員將可以用其在月球表面進(jìn)行導(dǎo)航，也可以安全地自主執(zhí)行任務(wù)，前往火星以及更遠(yuǎn)的深空。減少與地球之間的通信——這將是航天器目前航行方式的巨大改進(jìn)。

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