Kontrakt na nové atomové hodiny družic Galileo

Evropská kosmická agentura ESA jménem Evropské komise podepsala kontrakt za 12 milionů Euro s italskou firmou Leonardo S.p.A a Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, v rámci kterého jde o návrh a vývoj nových ultrapřesných technologií atomových hodin pro navigační systém Galileo. Superpřesné a spolehlivé atomové hodiny jsou základním stavebním kamenem družicových navigačních systémů, na kterém stojí celkový výkon systému a přesnost určení pozice. Cyklus kompletní technologické inovace, tedy cesta z rýsovacího prkna k provozu v kosmickém prostoru, může trvat i desetiletí. Aby tedy systém Galileo zůstal na čele světových navigačních systémů, pracuje agentura ESA neustále na výzkumných a vývojových činnostech pro evoluci systémů Galileo a EGNOS v rámci projektu Horizon Europe od Evropské unie.

Minulý měsíce ESA rozjela nový projekt zaměřený na design, vývoj a kvalifikaci nových technologií pro atomové hodiny. Z pověření Evropské komise a po formálním výběrovém řízení, které proběhlo v režimu otevřené soutěže, podepsala agentura ESA smlouvu na 12 milionů Euro s konsorciem tvořeným italskou společností Leonardo S.p.A (hlavní dodavatel) a Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM) jako subdodavatelem. V rámci vývojového plánu pro Galileo agentura ESA plánuje vyhodnotit také další technologie pro hodiny, jejichž zadávání zatím stále probíhá.

„Vyvíjené pulzní opticky čerpané rubidiové atomové hodiny kombinují robustnost atomových hodin s komůrkami rubidiových par, které se ve velké míře používají v družicových navigačních soustavách, jako je Galileo, s nejmodernějšími optickými a digitálními technologiemi,“ popisuje Manuela Rapisarda, hlavní inženýrka evoluce GNSS systémů z ESA. V rámci uzavřeného kontraktu má konsorcium navrhnout, vyrobit, otestovat a kvalifikovat inženýrský kvalifikační model, po kterém bude následovat experimentální letový model. Ten už by měl vyrazit na oběžnou dráhu v rámci časného ověřování technologií pro družice Galileo druhé generace. Po prvotních testech budou hodiny nadále monitorovány, aby bylo možné sledovat jejich spolehlivost a dlouhodobou životnost. Experimentální hodiny budou létat společně provozními hodinami, které se používají při poskytování služeb systému Galileo.

Systém Galileo patří mezi nejdůležitější kosmickou infrastrukturu Evropy. „Pokud bude kvalifikace úspěšná, nebudou se nové technologie hodin podílet pouze na zlepšení výkonnosti družic, ale také zajistí, že Evropa zůstane na čele technologií atomových hodin,“ říká Pascale Flagel, šéf divize pro vývoj systémů Galileo a EGNOS. Kromě investic do vývoje nových technologií pro atomové hodiny také v rámci programu Horizon Europe probíhají výzkumné a vývojové činnosti zaměřené na evoluci systémů EGNOS a Galileo (ať už pozemního nebo kosmického segmentu), které chtějí využít nastupující trendy a zaměřují se na vývoj potřeb uživatelů.

Schopnost družicových navigačních systémů určit přesnou polohu je založena na výpočtu doby, za kterou se signál dostane z družice do uživatelova přijímače. Družice Galileo krouží 23 222 kilometrů nad Zemi a vysílají signály, ve kterých jsou uloženy časové značky. Jelikož známe rychlost šíření signálu, pak rozdíl mezi časy odesláním a přijetí určuje vzdálenost uživatele vůči družici. Je tedy možné určit pozici uživatele na povrchu Země, pokud známe jeho vzdálenost vůči nejméně čtyřem družicím. Cesta signálu k uživateli trvá zhruba dvanáctinu sekundy. Přesnost určení pozice je tedy spojena se schopností družic měřit čas s přesností na několik nanosekund (miliardtin sekundy). Jen tak může být pozice určena s přesností na metry.

Momentálně družice Galileo první generace nesou pasivní vodíkové masery (také vyvinuté firmou Leonardo) a doposud nejpřesnější hodiny, jaké se kdy dostaly na oběžnou dráhu, rubidiové hodiny od firmy Safran. Nová alternativa, na kterou se kontrakt zaměřuje, by měla přinést technologie pro hodiny ještě přesnější, než jsou ty, které se momentálně používají na družicích Galileo. Navíc budou mít menší nároky na energii a budou o 40 % lehčí než pasivní vodíkové masery ze současných družic Galileo. Díky ultrapřesným hodinám, které v současné době na systému Galileo fungují, novým pulzním opticky čerpaným rubidiovým atomovým hodinám a dalším inovativním technologiím v oboru měření času, které jsou nyní v prvotních fázích výzkumu, má systém Galileo skvělé předpoklady k tomu, aby se vyvíjel a zůstal nejlepším družicovým navigačním systémem na světě.

Přeloženo z:
https://www.esa.int/

Zdroje obrázků:
https://www.airbus.com/…/Galileo-Satellite-batch-in-Orbit-CopyrightAirbus2021.png
https://www.esa.int/…/25974710-1-eng-GB/Atomic_clock_development.jpg
https://www.esa.int/…/2024/03/atomic_clock_lab/25974876-1-eng-GB/Atomic_clock_lab.jpg
https://www.esa.int/…/25974922-1-eng-GB/Galileo_first_vs_second_generation_pillars.jpg
https://www.esa.int/…/10175324-2-eng-GB/Passive_Hydrogen_Maser_on_Galileo_IOV.jpg