Технологии

НАСА разрабатывает новые технологии синхронизации атомных часов для космических исследований

26 Сентября 2024
НАСА разрабатывает новые технологии синхронизации атомных часов для космических исследований

Для важнейших функций космического аппарата требуется точность до одной миллиардной секунды или того меньше. Например, навигация с помощью GPS (ГНСС США) зависит от точных сигналов синхронизации со спутников для точного определения местоположения. Три группы НАСА (NASA) работают над повышением точности хронометража для исследования космоса.

Одна из групп разрабатывает высокоточные методы синхронизации квантовых часов, которые помогут обеспечить средства связи и навигации космических аппаратов.

Другая группа работает над применением метода синхронизации часов на космических платформах, чтобы телескопы могли функционировать как одна огромная обсерватория.

Третья группа разрабатывает атомные часы для космических аппаратов на основе стронция, чтобы обеспечить проведение научных наблюдений, которые невозможны при использовании современных технологий.

НАСА использует синхронизацию часов для определения положения космических аппаратов и установки навигационных параметров.

Если синхронизировать двое часов, казалось бы, что им мешает идти с одинаковой скоростью вечно? В действительности, чем больше времени проходит, тем больше рассинхронизируются часы, особенно если эти часы находятся на космических кораблях, летящих со скоростью десятки тысяч миль в час. Исследователи стремятся разработать новый способ точной синхронизации таких часов и поддерживать их синхронизацию с помощью квантовой технологии.

В квантовой физике две частицы находятся в запутанном состоянии, когда они ведут себя как один объект и занимают два состояния одновременно. Для часов применение квантовых протоколов к запутанным фотонам может обеспечить точный и безопасный способ синхронизации часов на больших расстояниях.

Сердце протокола синхронизации называется спонтанным параметрическим понижением частоты, когда один фотон распадается и образуются два новых фотона. Каждый из двух детекторов будет анализировать, когда появляются новые фотоны, и устройства будут применять математические функции для определения смещения во времени между двумя фотонами, таким образом синхронизируя часы.

Хотя в настоящее время синхронизация часов осуществляется с помощью GPS, этот протокол может позволить точно синхронизировать часы в местах, где доступ к GPS ограничен, например на Луне или в глубоком космосе.

Когда речь заходит об астрономии, обычно действует правило: чем больше телескоп, тем лучше его изображения.

«Если бы у нас был гипотетический телескоп размером с Землю, мы бы получили невероятно высокое разрешение изображений космоса, но это, нереально, — говорит Гуань Ян, оптический физик из NASA. – Однако мы можем иметь несколько телескопов в разных местах и каждый телескоп должен записывать сигнал с высокой точностью по времени. Затем мы можем объединить их наблюдения и создать изображение сверхвысокого разрешения».

Идея объединения наблюдений сети меньших телескопов для воздействия на мощность более крупного телескопа называется интерферометрией со сверхдлинной базой (VLBI).

Для того, чтобы VLBI производил целое, большее, чем сумма его частей, телескопам нужны высокоточные часы. Телескопы регистрируют данные вместе с временными метками, когда данные были записаны. Высокопроизводительные компьютеры собирают все данные вместе в одно полное наблюдение с большей детализацией, чем любой из телескопов мог бы достичь сам по себе. Эта техника позволила сети обсерваторий Event Horizon Telescope (EHT) создать первое изображение чёрной дыры в центре нашей галактики.

EHT — массив из восьми наземных радиотелескопов планетарного масштаба, созданный в результате международного сотрудничества, — был разработан для получения изображений чёрной дыры. Хотя телескопы, составляющие EHT, физически не связаны, они способны синхронизировать свои записанные данные с атомными часами.

Ещё одна группа разрабатывает технологию часов, которая может быть полезна для миссий, направленных на то, чтобы перенести эту технологию с Земли в космос, что может привести к ещё большему количеству открытий.

Системы навигации космических аппаратов в настоящее время полагаются на бортовые атомные часы для получения максимально точного времени.

Третья команда работает над OASIC (optical atomic strontium ion clock). В то время как современные космические аппараты используют микроволновые частоты, OASIC использует оптические частоты.

Оптические частоты колеблются гораздо быстрее, чем микроволновые частоты, поэтому можно добиться гораздо более точного разрешения подсчетов и более точного хронометража.

Предлагаемая технология примерно, по заявлениям испытателей, в 100 раз точнее, чем предыдущие достижения в области атомных часов космических аппаратов. Повышенная точность может открыть новые виды науки, которые ранее были невозможны.


Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал

По материалам открытых источников

Короткая ссылка:  vestnik-glonass.ru/~dqq6q
11.03.2025
В Экспоцентре города Москвы 22 апреля 2025 года состоится XVIII Международный навигационный форум - «Навитех-2025». Это ключевое событие в сфере использования навигационных и космических информационных технологий в России и странах ЕАЭС. В 2025 году программа форума направлена на комплексное развитие навигационной сферы, а также на интересы крупных заказчиков, производителей, интеграторов, разработчиков и поставщиков. Цель — построение прозрачного и предметного двустороннего сотрудничества.
28.02.2025
В Московском физико-техническом институте (МФТИ) создан испытательный центр, который будет заниматься тестированием спутников формата CubeSat.
21.01.2025
Ученые лаборатории космических систем и технологий Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» с помощью спутниковых сигналов навигационных систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo и Beidou исследовали ледовый покров озер Иткуль и Шира в заповеднике Хакассии. В результате удалось получить информацию о толщине ледового покрова, его прочности, влажности, солености и температуры.
16.01.2025
Специалисты Центра исследования и разработки беспилотного транспорта подготовили рабочее место для аналитиков в салоне трамвая. Они тестируют базовые функции, а также установленные камеры, радары и лидары. Последние позволяют определять расстояние до объектов с точностью до двух сантиметров и обеспечивают обзор на 360 градусов.

СТАТЬИ ГЛОНАСС

НАВИГАЦИОННОЕ ПРАВО. Отрасль ли или фикция?
В юридической науке и нормотворческой практике применяется широко термин «отрасль права/отрасль законодательства». Одни теоретики их отождествляют, то есть полагают синонимами. Другие, различая право и закон, полагают их различными. То есть соотносящимися как содержание и форма. Практикам-«неюристам» эта дискуссионность неинтересна. Для них важен качественный нормативный документ как инструмент повседневной деятельности. Но на деле этот кажущийся схоластическим вопрос имеет вполне земное значение, касающееся каждого из нас. Особенно ярко это проявляется в сфере навигации, когда уже поголовно все население, исключая грудничков, обладает смартфонами, а значит, потенциально все эти владельцы – «субъекты персональной навигации». О классическом транспорте и субъектах еще более 50 видов экономической деятельности говорить не приходится. Не будет преувеличением сказать, что «география» применения навигационной информации, как продукта одного конкретного вида экономической деятельности, стала самой широкой в жизнедеятельности общества, обогнав связь и энергетику.
Необходим поиск отечественных специалистов в области кибербезопасности сельского хозяйства
Перспективы реализации дорожной карты одного из направлений Национальной технологической инициативы (НТИ) в области сельского хозяйства, по просьбе журнала «Вестник ГЛОНАСС», оценил эксперт в навигационно-информационной сфере Семён Видный. В современных, быстроизменяющихся условиях особого решения требуют вопросы безопасности (направление SafeNet), тем более на таком значимом для государства агросекторе. В этом направлении на данный момент – огромное количество профессиональных участников. Но большинство из них используют иностранные наработки, что в настоящий момент и на перспективу неприемлемо. Также все профессионалы никогда не занимались этим специфическим сектором экономики – сельским хозяйством. Так что здесь придётся ещё поискать участников.