Trzecia misja Falcona Heavy z Deep Space Atomic Clock na pokładzie

Już niebawem, bo 22 czerwca planowany jest start rakiety SpaceX Falcon Heavy z Przylądka Canaveral. Start pod wieloma względami bardzo ciekawy. Po pierwsze to w końcu Falcon Heavy! Po drugie misja Space Test Program 2 zlecona została polegać będzie na umieszczeniu 24 satelitów na 3 różnych orbitach okołoziemskich. Będzie to wymagało 4 oddzielnych odpaleń silnika górnego człona rakiety a cała misja ma trwać aż 6h. Dwa z trzech boosterów dolnych, będą używane po raz kolejny (pierwszy raz były użyte podczas startu FH z Arabsat-6A). Czeka nas kolejny historyczny start, podczas którego wiele się będzie działo, więcej o samym Cieżkim tutaj.

PAYLOAD - TESTY,TESTY,TESTY...

Jak już wspomniałam, ładunek składa się aż z 24 satelitów. Wśród ciekawszych projektów warto wymienić: Nasa Green Propellant Infusion Mission czyli satelita do testowania nietoksycznego paliwa do statków kosmicznych, mamy też satelity badań pogody dla NOAA czy laboratorium Badawcze Sił Powietrznych z przyrządami NASA do badania wpływu pogody i promieniowania w kosmosie na elektronikę statków kosmicznych. Mnie jednak najbardziej ciekawi test nowego rodzaju zegara atomowego Deep Space Atomic Clock, który zostanie umieszczony na satelicie krążącej wokół Ziemi po niskiej orbicie(LEO). Nie byłoby pewnie w tym nic nadzwyczajnego, gdyby nie fakt, że ma on być w przyszłości wykorzystywany w celach nawigacyjnych  na statkach kosmicznych poruszających się powyżej 30 000 km nad ziemią (i zdecydowanie dalej, także w przyszłych misjach załogowych na Marsa).

JAK WYGLĄDA NAWIGACJA W PRZESTRZENI KOSMICZNEJ?

Przede wszystkim sterowanie pojazdem kosmicznym prowadzone jest najczęściej z Ziemi.
Jest to bardzo skomplikowany i złożony problem, jednak w celu uproszczenia możemy przyjąć, że aby skutecznie prowadzić nawigację, potrzebujemy następujących danych:

- po pierwsze musimy znać położenie i prędkość pojazdu, 

- znana również musi być lokalizacja systemów naziemnych, które dokonują pomiaru odległości stacji od pojazdu

- musimy dysponować dokładnym model Układu Słonecznego oraz 

- modelem trajektorii po której porusza się pojazd. 

W kontekście Deep Space Atomic Clock (DSAC) skupmy się na dwóch pierwszych punktach.
Aby możliwa była komunikacja z sondami znajdującymi się powyżej MEO (średnia orbita okołoziemska), powstał system o nazwie Deep Space Network.

Jest to system radioteleskopów składający się z trzech ośrodków zlokalizowanych kolejno w Kalifornii, Madrycie oraz Canberze (Austalia). Dzięki takiemu rozkładowi, pojazdy znajdujące się powyżej 30 000 km n.p.m. są zawsze w zasięgu przynajmniej 1 stacji. Wysyłając sygnał radiowy do jednostki, a następnie zwracając sygnał, wykorzystując efekt Dopplera i bardzo dokładny zegar atomowy znajdujący się na Ziemi, niewielka różnica między tymi dwoma sygnałami może być wykorzystana do obliczenia jego odległości od Ziemi z dokładnością do 3 metrów.

Nawigacja naziemna jest dosyć dokładna, ale jest też kosztowana i wymaga ciągłej łączności. Wymaga ona również odpowiedniej ilości czasu, by przesłać informacje do pojazdu kosmicznego. Z tych powodów nie nadaje się ona do prowadzenia odległych misji kosmicznych, gdy konieczne jest natychmiastowe działanie, na przykład przy lądowaniu.

A CO JEŚLIBY TAK UMIEŚCIĆ ZEGAR ATOMOWY NA STATKU KOSMICZNYM? 

Jednostka byłaby w stanie określić swoje dane czasowe i nawigacyjne bez potrzeby polegania na systemach znajdujących się na Ziemi.
The Deep Space Atomic Clock (DSAC) jest prototypem testowym takiego zegara, który w końcu pozwoli na usprawnioną nawigację, w której statek kosmiczny może odbierać instrukcje bez konieczności czekania na dane wysyłane z powrotem z Ziemi. To dlaczego ich nie montujemy na sondach podróżujących po zakątkach Układu Słonecznego? 

A no dlatego, że w przeciwieństwie do zegarów atomowych, które znajdują się na Ziemi, te umieszczone na statkach kosmicznych byłyby narażone na znacznie więcej negatywnych czynników, które mogłyby zakłócić ich działanie. Począwszy od zakłóceń pochodzących od pola magnetycznego wytworzonego przez wewnętrzne systemy pojazdu, na gwałtownych zmianach temperatury skończywszy.

JAK DZIAŁA DEEP SPACE ATOMIC CLOCK(DSAC)?

Zegar przypomina trochę tykający zegarek z bardzo starannym systemem, który zapewnia, że tik pozostaje dokładny.

Kryształ kwarcowy w polu elektrycznym wytwarza regularny oscylacyjny sygnał elektryczny, który jest następnie przekształcany w przybliżeniu na częstotliwość, przy której atomy rtęci przechodzą pewnego rodzaju przemianę atomową. Ten sygnał elektryczny jest przekazywany do jonów rtęci, uwięzionych w polach elektrycznych, które z kolei zaczynają wibrować, zapewniając dokładną wartość częstotliwości przejścia. Zegar używa tego do skorygowania przybliżonej częstotliwości i zapewnienia niezawodnego standardu częstotliwości. Można to przekonwertować na taktowanie raz na sekundę, które nie ulega zmianie.

Dzięki zestawowi magnesów i osłon ochronnych znajdujących się nad komorą, w której znajduje się zegar, urządzenie ma być chronione przed środowiskiem w którym dane mu będzie pracować.

TEST DSAC

Satelita wyposażony w DSAC ma zostać umieszczony na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO).

Test będzie polegał na wysłaniu czasu z zegara atomowego DSAC do odbiornika GPS znajdującego się na średniej orbicie Ziemskiej (MEO) , który dalej będzie przekazany na Ziemię w celu zweryfikowania poprawności odczytu czasu i porównany z czasem z zegarów atomowych zlokalizowanych na Ziemi.

Jeśli DSAC przejdzie pomyślnie testy, będzie to najbardziej dokładny zegar atomowy znajdujący się w przestrzeni kosmicznej, którego dokładność ma sięgać 1 sekundy straty na 9 mln lat! To prawie 50 razy lepszy wynik niż zegarów atomowych umieszczonych na satelitach GPS.

I CO DALEJ?

Teraz zostaje nam troche poczekać, NASA na pewno podzieli się wynikiem testów i miejmy nadzieję, że będzie to spory krok w kierunku całkowicie autonomicznych jednostek podróżujących w kosmosie, a jeśli astronautom będzie dane w końcu polecieć gdzieś dalej, chociażby powrócić na Księżyc, to będą mieć dodatkowy instrument na którym będą mogli polegać.

źrodła:
https://www.nasa.gov/feature/jpl/five-things-to-know-about-nasas-deep-space-atomic-clock
https://en.wikipedia.org/wiki/NASA_Deep_Space_Network