Tidligt i går formiddag lancerede NASA en SpaceX Falcon Heavy raket i kredsløb med et stort forskningsopdrag ombord. En af de mest spændende nyttelast var et ur, der vil krydse med i cirka et år, når det kredser rundt planeten. Men dette er ikke noget almindeligt ur: Deep Space Atomic Clock er en teknologi, der kan gøre det lettere at navigere i det dybe rum i fremtiden.
Kasandra Brabaw på Space.com rapporterer, at de fleste sonder, der sendes ind i kosmos, spores fra Jorden via radiobølger, der kører med let hastighed. Et signal sendes fra Jorden og startes straks tilbage til missionskontrol, hvilket gør det muligt for sondehandlere at beregne dens nøjagtige placering baseret på hvor lang tid det tog signalet at nå dem. Denne proces er afhængig af NASAs Deep Space Network, en række radioantenner, der kun kan håndtere så meget pladstrafik på ethvert givet tidspunkt.
Hvis sonderne havde urene stabile og præcise nok til at give dem mulighed for at kortlægge deres egen kurs, kunne de imidlertid gøre noget af denne navigation autonomt, rapporter Jonathan Amos på BBC.
”Autonom navigering ombord betyder, at et rumfartøj kan udføre sin egen navigation i realtid uden at vente på, at der bliver sendt instruktioner fra navigatorer tilbage her på Jorden, ” fortalte nylig efterforsker Jill Seubert for nylig til journalister på en pressekonference. “Selvkørende” rumfartøjer er også en vigtig del af at sætte mennesker på Mars. "Og med denne kapacitet kan et menneskeskabt rumfartøj leveres sikkert til et landingssted med mindre usikkerhed i deres vej."
Men selv den bedste Rolex skærer den ikke i rummet. Kvartskrystaller svinger med en regelmæssig frekvens, når den elektriske strøm passerer gennem dem, hvorfor de er vant til i ure for at holde styr på tiden. De er præcise nok, når det kommer til at komme op på arbejde eller få et tog, men de er ikke næsten nøjagtige nok til at navigere i dybe rum. De kan miste et helt millisekund i løbet af seks uger, hvilket ville være katastrofalt for en rumføler.
For at opnå den nøjagtighed på en sekund pr. Sekund, der er nødvendig for at flyve gennem kosmos, kræves et atomur, en gadget, der træner sin kvartskrystall til svingningerne i visse atomer. Elektronerne omkring disse atomer optager forskellige energiniveauer eller kredsløb, og det kræver en præcis stød af elektricitet for at få dem til at hoppe til det næste energiniveau. ”Det faktum, at energiforskellen mellem disse kredsløb er en så præcis og stabil værdi, er virkelig den nøgleingrediens for atomur, ” siger Eric Burt, en atomurfysiker ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, i en pressemeddelelse. ”Det er grunden til at atomurene kan nå et ydeevne over mekaniske ure.”
I et atomur er frekvensen af kvartsoscillatoren finjusteret for at matche den energi, der er nødvendig for at sprænge elektroner til et nyt energiniveau. Når kvartset vibrerer med den rigtige frekvens, springer elektronerne til det næste energiniveau. Hvis de ikke gør det, ved uret, at frekvensen er slukket og kan korrigere sig selv, en proces, der finder sted hvert par sekunder.
I øjeblikket er de fleste jordbundne atomur på størrelse med et køleskab. Gå ind i Deep Space Atomic Clock, som NASA-ingeniører har tænkt med i næsten 20 år. Gadgeten, der er på størrelse med en brødrister, bruger opladede kviksølvioner til at holde sin kvartsoscillator sand og mister kun ca. et nanosekund over fire dage. Det vil tage omkring 10 millioner år, før uret er slukket med et sekund, hvilket gør det ca. 50 gange mere stabilt end de nøjagtige ure, der bruges i GPS-satellitnavigation.
Uret er i øjeblikket i en lav jordbane og tænder om fire til syv uger. Efter tre til fire ugers drift analyserer forskerne dens foreløbige præstation og giver en endelig dom om, hvor godt det fungerer i rummet, efter at det zoomer rundt på planeten i omkring et år.
Hvis uret er stabilt nok, ifølge en NASA-erklæring, kan det begynde at vises i rumfartøjer i 2030'erne. Uanset om denne version overlever eller ej, vil atomur eller en lignende teknologi være kritisk i fremtidige rumopgaver til andre verdener.
"Atomisk ur i Deep Space vil have evnen til at hjælpe med navigation, ikke kun lokalt, men også i andre planeter, " siger Burt. ”En måde at tænke på det på er som om vi havde GPS på andre planeter.”
Andre eksperimenter, der gik i kredsløb med uret inkluderer Green Propellant Infusion Mission, der tester et system, der bruger højtydende, ikke-giftigt rumbrændstof, og Enhanced Tandem Beacon Experiment, som vil udforske bobler i de elektrisk ladede lag af Jordens atmosfære, der undertiden kan forstyrre GPS-signaler.
