נאס"א הפעילה שעון אטומי חדש, סופר מדויק, מבוסס חלל, שהסוכנות מקווה שיום אחד יסייע לחלליות להניע את עצמן בחלל עמוק מבלי להסתמך על שעונים ארציים.
זה נקרא שעון החלל העמוק (Deep Space Atomic Clock) (DSAC), והוא פועל על ידי מדידת התנהגויות של יוני כספית שנלכדו במסגרת קטנה שלה. הוא נמצא במסלול מאז יוני, אך הוא הופעל לראשונה בהצלחה באוגוסט 23. זה בכלל לא נוצץ - רק קופסה אפורה בגודל טוסטר עם ארבע פרוסות ומלאת חוטים, ג'יל סוברט, מהנדס תעופה וחלל ואחד ממובילי הפרויקט בנאס"א, אמר ל- Live Science. אבל הגודל הבלתי מעורער הזה הוא העניין: סוברט ועמיתיה עובדים על מהנדס שעון קטן מספיק כדי להעמיס על כל חללית ומדויקת מספיק בכדי להנחות תמרונים מסובכים בחלל העמוק ללא כל תשומת לב מצד בני דודיו במקרר בכדור הארץ.
אתה צריך שעון מדויק כדי למצוא את דרכך בחלל מכיוון שהוא גדול וריק. יש כמה נקודות ציון בהן ניתן לשפוט את מיקומך או מהירותך, ורובם רחוקים מכדי להציע מידע מדויק. אז כל החלטה להפוך את הספינה או לירות את הדחפים שלה, אמר סובר, מתחילה בשלוש שאלות: איפה אני? כמה מהר אני עוברת? ובאיזו כיוון?
הדרך הטובה ביותר לענות על השאלות הללו היא להסתכל על עצמים שעבורם התשובות כבר ידועות, כמו משדרי רדיו בכדור הארץ, או לווייני GPS העוקבים אחר מסלולי מסלול ידועים בחלל. שלח אות במהירות האור עם הזמן המדויק בנקודה A ומודד כמה זמן לוקח להגיע לנקודה B. זה אומר לך את המרחק בין A ל B. שלח עוד שני איתותים משני מיקומים נוספים, ותהיה לך מספיק מידע בכדי להבין בדיוק היכן נקודה B נמצאת במרחב התלת מימדי. (כך עובדת תוכנת ה- GPS בטלפון שלך: על ידי בדיקה מתמדת של הבדלי הדקות בחתימות זמן המשודרות על ידי לוויינים שונים המקיפים.)
כדי לנווט בחלל, נאס"א מסתמכת כיום על מערכת דומה אך פחות מדויקת, אמר סובר. מרבית שעוני האטום וציוד השידור נמצאים על פני כדור הארץ והם מהווים יחד את מה שמכונה רשת החלל העמוק. לכן נאס"א בדרך כלל לא יכולה לחשב את המיקום ואת המהירות של החללית משלושה מקורות בבת אחת. במקום זאת, הסוכנות משתמשת בסדרת מדידות כאשר גם כדור הארץ וגם החללית עוברים בחלל לאורך זמן בכדי למסמר את כיוון החלל והחלל.
כדי שחללית תדע היכן היא נמצאת, היא צריכה לקבל אות מרשת החלל העמוק, לחשב את הזמן שלקח לאות להגיע ולהשתמש במהירות האור כדי לקבוע מרחק. "כדי לעשות זאת בדיוק מדויק, אתה צריכים להיות מסוגלים למדוד את הזמנים ההם - זמני השידור ושל האות שהתקבלו - בצורה מדויקת ככל האפשר. ובשטח, כשאנחנו שולחים את האותות האלה מרשת החלל העמוק שלנו, יש לנו שעונים אטומיים מדויקים מאוד ומדויק, "אמר סובר. "עד עכשיו, השעונים שהיו לנו שהם מספיק קטנים ונמוכים מספיק בכדי לטוס על חללית. הם נקראים מתנדים אולטראסטטיים, שהם לא נכון להשלים. הם לא יכולים להיות בלתי ניתנים לשהות. הם רושמים את האות הזה- קיבל זמן, אבל זה דיוק נמוך מאוד. "
מכיוון שנתוני המיקום על סיפון החללית כל כך לא אמינים, להבין כיצד לנווט - מתי להפעיל דחף או לשנות מסלול, למשל - זה הרבה יותר מסובך וצריך לעשות על כדור הארץ. במילים אחרות, אנשים על כדור הארץ נוהגים בחללית ממרחק של מאות אלפי או מיליוני מיילים.
"אבל אם היית יכול להקליט את הזמן שקיבל האות על הסיפון בצורה מדויקת מאוד עם שעון אטומי, עכשיו יש לך הזדמנות לאסוף את כל נתוני המעקב הללו על הסיפון ולעצב את המחשב והרדיו שלך כך שהחללית תוכל לנהוג בעצמה," היא אמרה.
נאס"א וסוכנויות חלל אחרות שמו בעבר שעונים אטומיים בחלל. כל צי הלוויין GPS שלנו נושא שעונים אטומיים. אבל, לרוב, הם לא מדויקים מדי ולא מסודרים לעבודה לטווח ארוך, אמר סובר. הסביבה בחלל גסה הרבה יותר ממעבדת מחקר בכדור הארץ. הטמפרטורות משתנות ככל שהשעונים עוברים פנימה ומחוצה לאור שמש. רמות הקרינה עולות ויורדות.
"מדובר בבעיה ידועה של טיסה בחלל, ואנו שולחים בדרך כלל חלקים קשוחים בקרינה שהראנו שהם יכולים לפעול בסביבות קרינה שונות עם ביצועים דומים," אמרה.
אבל הקרינה עדיין משנה את אופן הפעולה של האלקטרוניקה. ושינויים אלה משפיעים על הציוד הרגיש שעונים אטומיים משתמשים בכדי למדוד את זמן החליקותם, ומאיימים להכניס אי דיוקים. מספר פעמים ביום, ציין סובר, חיל האוויר מעלה תיקונים לשעוני לווייני ה- GPS כדי למנוע מהם להיסחף מסינכרון עם שעונים על הקרקע.
המטרה של ה- DSAC, אמרה, היא להקים מערכת שאינה רק ניידת ופשוטה מספיק להתקנה על חללית כלשהי, אלא גם קשוחה מספיק כדי לפעול בחלל בטווח הארוך מבלי שתידרש התאמות קבועות מצוותים מבוססי כדור הארץ.
בנוסף לאפשר ניווט מדויק יותר בחלל העמוק באמצעות אותות ארציים, שעון כזה עשוי יום אחד לאפשר לאסטרונאוטים במוצבים רחוקים להסתובב בדיוק כמו שאנחנו עושים עם התקני המיפוי שלנו על כדור הארץ, אמר סובר. צי לוויינים קטן המצויד במכשירי DSAC עלול להקיף את הירח או את מאדים, ומתפקד במקום מערכות GPS ארציות, ורשת זו לא תדרוש תיקונים מספר פעמים ביום.
בהמשך הדרך, היא אמרה, מכשירי DSAC או התקנים דומים עשויים למלא תפקיד במערכות ניווט פולסארות, שתעקוב אחר תזמון הדברים כמו פעימת האור ממערכות כוכבים אחרות כדי לאפשר לחלליות לנווט ללא כל כניסה מכדור הארץ.
עם זאת, לשנה הבאה המטרה היא לגרום ל- DSAC הראשון הזה לפעול כראוי כשהוא מקיף קרוב לכדור הארץ.
"מה שעלינו לעשות הוא ללמוד בעצם כיצד לכוון את השעון לעבוד כראוי בסביבה ההיא," אמר סובר.
השיעורים שצוות DSAC לומד בזמן כוונון המכשיר השנה אמורים להכין אותם לשימוש במכשירים דומים במשימות לטווח ארוך יותר בהמשך הדרך, הוסיפה.
