Ve vesmíru je přesné měření času extrémně důležité. Právě na těchto údajích stojí přesná navigace, ale ne všechny sondy mají na svých palubách zařízení, které to umožňují. Právě proto v Jet Propulsion Laboratory už více než 20 let vyvíjí hodiny – ale žádné náramkové nebo digitální. Tyhle hodiny v obchodě nekoupíte – jmenují se DSAC (Deep Space Atomic Clock – atomové hodiny pro hluboký vesmír) a jedná se o přístroj, který je určen (jak již jeho název napovídá) k letům do hlubšího vesmíru.

V současné době spoléhá většina misí na pozemské antény spárované s atomovými hodinami. Tyto antény vysílají do vesmíru vstříc sondě úzce zaostřený signál, který sonda obratem posílá zpět. NASA pak vypočítá časový rozdíl mezi okamžikem odeslání signálu a přijetím odpovědi. Z toho se pak vypočítá pozice sondy, její rychlost i dráha.

Metoda je to spolehlivá, ale ne zrovna efektivní. Pozemní stanice totiž musí čekat, až jí sonda odpoví, takže jedna stanice může v jednu chvíli monitorovat pozici pouze jedné sondy. Sonda pak musí čekat na navigační pokyny odeslané ze Země místo toho, aby mohla sama udělat nějaká rozhodnutí v reálném čase. „Navigace ve vesmíru vyžaduje měření ohromných vzdáleností s využitím našich znalostí o šíření signálů vesmírem,“ vysvětluje Todd Ely z JPL, který stojí v čele vědeckého týmu DSAC a dodává: „Pro přesnou navigaci potřebujeme přesnost na jeden metr. Jelikož se signály šíří rychlostí světla, znamená to, že musíme měřit čas s přesností na několik nanosekund. Atomové hodiny se k tomuto účelu na zemi používají již desítky let zcela běžně. Projekt DSAC si klade za cíl dostat je do vesmíru.“

Program DSAC by měl příštím americkým misím umožnit velmi přesně měřit čas přímo na palubě. Sonda s takovým vybavením by už nemusela spoléhat na obousměrnou cestu signálu. Stačil by jí pouze signál odeslaný ze Země a palubní počítač by si už svou pozici vypočítal sám, takže by nemusel odesílat signál na Zemi a čekat na pokyny, což může trvat i několik hodin. Nový systém by tak umožnil mnohem efektivnější řízení misí, přesnější manévrování i pohotovější reakce na nečekané situace.

Výhoda by přišla i pro pozemní stanice, které by byly schopné najednou sledovat i několik sond – třeba v okolí Marsu, kde funguje hned několik průzkumníků. Za určitých podmínek by tato nová metoda mohla dosahovat až pětkrát vyšší přesnosti dat o poloze, než tradiční přístup. DSAC je prototyp malých a lehkých atomových hodin, který je založený na principu pasti iontů rtuti. Kupříkladu atomové hodiny, které jsou na pozemních stanicích systému Deep Space Network mají rozměry srovnatelné s ledničkou. Je tedy jasné, že pro použití ve vesmíru bude potřeba jejich rozměry výrazně zmenšit. DSAC již nyní dosáhl značné miniaturizace – NASA zřejmě chce zachovat kuchyňské téma a proto jej přirovnává k toustovači. Inženýři navíc tvrdí, že v případě potřeby by se dal celý systém ještě o něco zmenšit.

Zařízení již má hotové laboratorní zkoušky a je tedy čas posunout testování této technologie na vyšší úroveň – na oběžnou dráhu. Tady DSAC použije signály amerických navigačních družic systému GPS. U těchto družic velmi přesně známe jejich oběžné dráhy i nastavení jejich palubních hodin, což poslouží k ověření výkonu nového systému DSAC. Demonstrační mise má potvrdit, že nový systém dokáže udržet časovou odchylku menší než dvě nanosekundy (0,000000002 s) za den.

Jakmile bude mít DSAC za sebou ověření funkčnosti, bude možné jeho technologii nabídnout vědeckým sondám. Ty se tak mohou těšit na vylepšení mnoha faktorů – zvýší se množství trackovacích dat a zlepší se i jejich kvalita. Pokud se DSAC spojí s palubní rádiovou navigací, bude zajištěno, že budoucí průzkumné mise budou mít přesnou navigaci. To se týká i pilotovaných misí k Měsíci a dál.

Technologie na DSAC navíc pomohou vylepšit stabilitu hodin na družicích GPS a i díky tomu se zlepší služby tohoto celosvětově používaného systému. Laboratorní měření ukazují, že DSAC může být až 50× stabilnější než atomové hodiny na současných družicích GPS. Tento systém je tak bez přehánění nejpřesnějším zařízením pro měření času pro provoz ve vesmíru. S přihlédnutím k malým rozměrům jde skutečně o zázrak techniky.

Asi se ptáte, kdy se tento exemplář podívá do vesmíru. DSAC bude součástí větší družice označované General Atomic’s Orbital Test Bed. Kdy a na čem ale poletí? Všichni máme v živé paměti úterní premiérový let Falconu Heavy a právě tento nosič se postará o vynesení tohoto zařízení. Půjde o misi označovanou Space Technology Program (STP-2), kterou bude mít pod palcem americké letectvo. Tato mise ale ponese mnohem více různých nákladů včetně solární plachetnice Light Sail. Start této mise je naplánován na letošní rok, tak je jisté, že se máme na co těšit.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/Deep_Space_Atomic_Clock-DSAC.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/image_3.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/image_2.jpg
https://62e528761d0685343e1c…/area14mp/image-20160223-16429-10eq5ad.png
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/image_1.jpg