为什么NA​​SA将原子钟送入太空?

什么是原子钟?

6月22日,NASA将向SpaceX Falcon Heavy火箭发射一个足球大小的原子钟(虽然重得多)。

这个时钟不是为了说明时间 - 它是一个时钟的技术演示,可用于未来的太空探索,既可以导航也可以进行重力测量。如果成功,它将成为有史以来在空间飞行的最准确的原子钟。

深空原子钟(DSAC)的图形

目前,太空探索是一个双向过程。航天器将信息发送到地面上的天线阵列和导航仪上,导航仪使用地球上的原子钟来协调时间并将导航指令发送回飞行器。但如果航天器上有准确的原子钟,它可以确定自己的时间和导航数据,而不依赖于Earthbound原子钟。深空原子钟(DSAC)是对这种时钟的测试,最终将允许简化的导航,其中航天器可以接收指令而无需等待地球上的数字运算。

从双向导航切换到单向导航可以“显着减轻地面资产的跟踪负担” 。最重要的是,时钟是科学研究的重要工具。时间在强引力场中传递得更慢,因此可以使用原子钟来测量重力的影响。

重要影响

时钟有点像一个滴答作响的手表,有一个非常勤奋的系统,确保滴答保持准确。电场中的石英晶体产生规则的振荡电信号,然后将其转换成大约汞原子经历一种原子跃迁的频率。该电信号被传递到汞离子,被捕获在电场中,电场又开始振动,从而提供转变频率的精确值。时钟使用它来校正近似频率并提供可靠的频率标准。这可以转换为每秒一次的刻度,不会动摇。

但是,与地球上固定的原子钟不同,DSAC必须克服可能影响其原子或振荡器行为的元素。这种不希望的影响包括用于保持航天器稳定的机械的电磁场,以及深空的温度和磁场的变化。包括一系列磁铁和内置屏蔽,以保持时钟稳定,并将这些外部影响保持在支撑时钟机制的腔室之外。

然后,时钟将通过嘀嗒声传递到地球轨道上的GPS接收器,然后将其发送回地面,科学家可以将时钟输出与地球原子钟进行比较,以确保其正常工作。

如果成功,时钟将是在太空中飞行的最精确的原子钟。根据美国宇航局的一份报告,在地面上,它比GPS卫星的原子钟稳定50倍,每900万年只损失一秒钟。

最终,这个实验只是一个示范。但如果成功,它可能会导致导航方面的重大进步,并最终让宇航员更深入地进入太空。

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