Præcis radionavigation - ved hjælp af radiofrekvenser til at bestemme position - er afgørende for succes for alle dybfartsudforskningsopgaver. For at forbedre navigeringsteknologien vil en lille demonstrationsmission kaldet Deep Space Atomic Clock (DSAC) flyve som en del af en fremtidig NASA-mission for at validere et miniaturiseret, ultrapræcent kviksølvion-atomur, der er 100 gange mere stabilt end dagens bedste navigationsure.
Missionen er nu klar til sin foreløbige designgennemgang i 2013 og er planlagt til at flyve som en hostet nyttelast på et Iridium NEXT-rumfartøj. Lanceringen er indstillet til 2015.
NASA siger, at DSAC-demonstrationen vil revolutionere måden, hvor dyb rumnavigation udføres ved at give et rumfartøj mulighed for at beregne sin egen timing og navigationsdata i realtid. Denne envejs navigationsteknologi ville forbedre det nuværende tovejssystem, hvor information sendes til Jorden, hvilket kræver et jordteam at beregne timing og navigation og derefter sende dem tilbage til rumfartøjet. En realtids, onboard-navigationsfunktion, er nøglen til at forbedre NASA's muligheder for at udføre tidskritiske begivenheder, såsom en planetarisk landing eller planetarisk "flyby", når signalforsinkelser er for store til, at jorden kan interagere med rumfartøjet under begivenheden.
"Vedtagelse af DSAC på fremtidige NASA-missioner vil øge navigations- og radiovidenskabets datamængde med to til tre gange, forbedre datakvaliteten med op til 10 gange og reducere missionskostnader ved at skifte mod en mere fleksibel og udvidelig envejs radionavigationsarkitektur," sagde Todd Ely, hovedundersøger for Deep Space Atomic Clock Technology Demonstration ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. Projektet er en del af NASA's Technology Demonstration Missions-program, der administreres af Marshall Space Flight Center i Huntsville, Ala., For NASAs kontor fra Chief Technologist i Washington.
Den envejs dyb rumnavigation, der er aktiveret af DSAC, bruger det eksisterende Deep Space Network mere effektivt end det nuværende tovejs-system og udvider således netværkets kapacitet uden at tilføje nye antenner eller deres tilknyttede omkostninger. Dette er vigtigt, da fremtidig menneskelig efterforskning af dybe rum vil kræve mere sporing fra dybe rumnet, end det i øjeblikket kan leveres med det eksisterende system.
”Deep Space Atomic Clock-demonstrationsmissionen vil fremme denne laboratoriekvalificerede teknologi til flyberedskab og vil stille et praktisk atomur til rådighed for en række rumopgaver,” sagde Ely.
Jordbaserede atomur har længe været hjørnestenen i de fleste rumkøretøjsnavigationer, fordi de leverer roddata, der er nødvendige for nøjagtig placering. DSAC leverer den samme stabilitet og nøjagtighed for rumfartøjer, der udforsker solsystemet. På omtrent samme måde som moderne globale positioneringssystemer eller GPS bruger envejs signaler for at aktivere terrestriske navigationsservices, vil Deep Space Atomic Clock give en lignende kapacitet inden for navigation i dybe rum - med så ekstrem nøjagtighed, at forskere vil blive påkrævet at omhyggeligt redegøre for virkningerne af relativitet eller den relative bevægelse af en observatør og et observeret objekt, som påvirket af tyngdekraft, rum og tid. Ure i for eksempel GPS-baseret satellit skal korrigeres for at tage højde for denne effekt, eller deres navigationsfix begynder at køre.
I laboratoriesættet er Deep Space Atomic Clocks præcision blevet forbedret for at tillade drift af ikke mere end et nanosekund på 10 dage på grund af NASA-ingeniører i JPL. I løbet af de sidste 20 år har de løbende forbedret og miniaturiseret atomkviks-fælde-atomuret og forberedt det til at fungere i det hårde miljø i dybe rum.
Det opdaterede ur er en miniature kviksølv-ion-enhed, DSAC-teamet vil flyve som en nyttelast på en jordomløber i et års eksperiment for at validere dets funktionsevne i rummet og dets anvendelighed til envejsnavigation.
”En potentiel anvendelse af DSAC på en fremtidig mission ville være i en opfølgning af Mars Reconnaissance Orbiter,” sagde Ely. NASAs Mars Reconnaissance Orbiter lancerede til Mars i 2005 på en mission, der omfattede en søgen efter at lære mere om distribution og historie af Mars 'vand - frosset, væske eller damp. Bane afsluttede sin primære videnskabsfase i 2008 og arbejder fortsat i en udvidet mission. Atomur er den mest nøjagtige tidsbestemmelsesmetode, der er kendt og bruges som den primære standard for internationale tidsfordelingstjenester - til at kontrollere frekvensen af tv-udsendelser og i globale navigationssatellitsystemer som Global Positioning System.
For mere information, se DSAC-webstedet.
Kilde: Marshall Space Flight Center
