沙虫科技网logo.png3D科技网

3D科技网
提供IT业界的新鲜事、奇趣事和热门焦点,掌控最热最新的互联网新闻、科技新闻和IT业界动态。
3D科技网

原子钟如何按时将人类带入火星

导航员今天通过计算其从地球的位置并将位置数据发送到双向中继系统中的空间来告诉航天器去哪里,该系统可能需要几分钟到几小时来传送方向。这种导航方法意味着无论任务在太阳系中行进多远,我们的太空船仍然拴在地上,等待来自我们星球的命令。

这种限制对未来进军另一个星球的任务提出了明显的问题。如果宇航员无法立即控制他们前进的位置,他们如何远离地球?当通信延迟影响他们调整弹道进入大气的速度时,他们如何准确降落在另一个星球上?

美国宇航局的深空原子钟是一种烤面包机设备,旨在回答这些问题。这是第一款类似GPS的仪器,体积小,稳定性足以在航天器上飞行。技术演示使航天器能够知道它的位置,而无需依赖来自地球的数据。6月下旬,时钟将在SpaceX猎鹰重型火箭发射到地球轨道上一年,它将测试它是否可以帮助太空船定位在太空中。

如果深空原子钟在太空中的试验年进展顺利,它可以为未来的单向导航铺平道路,在这种导航中宇航员可以通过类似GPS的系统在月球表面上进行导航,或者可以安全地执行他们自己的任务到火星以及更远的地方

“探索深空的每一艘航天器都由地球上的航海家操纵。深空原子钟将通过启用机载自主导航或自动驾驶航天器来改变这一点,“副首席研究员吉尔•舒伯特说。

深空中没有GPS

太空中的原子钟并不新鲜。每个GPS设备和智能手机都通过环绕地球的卫星上的原子钟确定其位置。卫星从太空发送信号,接收器通过测量信号到达GPS的时间长度来三角测量您的位置。

目前,飞越地球轨道的航天器没有GPS通过太空探测。GPS卫星上的原子钟不够精确,无法向航天器发送方向,即使在不到一秒的时间内关闭也可能意味着将行星丢失数英里。

相反,导航员使用地球上的巨型天线向航天器发送信号,该信号将其反弹回地球。地面上非常精确的时钟可以测量信号进行双向旅程所需的时间。时间量告诉他们飞船距离多远以及飞行速度有多快。只有这样导航员才能向航天器发送指示,告诉它去哪里。

“这与回声的概念完全相同,”Seubert说。“如果我站在一座山前,我会喊叫,回声回到我身边的时间越长,这座山就越远。”

双向导航意味着无论任务进入太空深度,它仍然必须等待携带命令的信号跨越行星之间的巨大距离。这是一个以好奇号等火星登陆而闻名的过程,当时世界等待了14分钟的长时间任务控制,让火星车发出它安全降落的信息。这种延迟是平均等待时间:根据地球和火星在其轨道上的位置,单向信号在行星之间传播可能需要4到20分钟。

这是一种在深空中航行的缓慢而费力的方式,它将NASA 深空网络的巨型天线与 繁忙的电话线连接起来。在这次交换中,一架以每小时数万英里的速度飞行的航天器在“知道”它的位置时可能处于一个完全不同的地方。

一种更好的导航方式

一个小到足以飞行任务但足够精确以提供准确指示的原子钟可以消除对这种双向系统的需求。未来的航海家将从地球发送信号到航天器。就像它的地球堂兄弟一样,船上的深空原子钟将测量信号到达它所需的时间。然后航天器可以计算自己的位置和轨迹,基本上给自己指示方向。

深空原子钟首席研究员Todd Ely表示,“拥有一个时钟可以实现车载无线电导航,并且与光学导航结合使用,可以为宇航员提供更准确,更安全的导航方式。”

这种单向导航适用于火星及其他地方。通过向空间广播一个信号,DSN天线将能够一次与多个任务通信。新技术可以提高地球上GPS的准确性。具有深空原子钟的多个航天器可以围绕火星运行,创建一个类似GPS的网络,为机器人和人类提供方向。

“深空原子钟将有助于导航,不仅在本地,而且在其他星球上也是如此。一种想到它的方式就好像我们在其他星球上有GPS一样,“离子钟开发负责人Eric Burt说。

Burt和其他JPL时钟物理学家Robert Tjoelker和John Prestage创造了一种汞离子钟,它在空间中的稳定性与地球上冰箱大小的原子钟一样。在实验室测试中,深空原子钟被证明比GPS时钟精确50倍。这是每1000万年1秒的错误。

时钟在太空中的演示将决定它是否能在轨道上保持稳定。如果确实如此,早在20世纪30年代,深空原子钟就可以执行任务。自动驾驶航天器的第一步,有朝一日可能将人类运送到其他世界。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。

相关推荐