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NASA将发射太空原子钟 改进宇宙飞船导航技术

太空飞行需要精确的定位。模式图:宇宙飞船在飞行。(NASA视频截图)

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【大纪元2018年02月09日讯】(大纪元记者张秉开编译报导)在太空中驾驶宇宙飞船,能体验探测地球之外空间的乐趣。但宇宙飞行不是普通的驾车行驶,需要极为精确的时间定位,才能在无比广阔的深太空之中不迷失航向。为此,美国航空航天局(NASA)将于今年向太空发射原子钟,为提高宇航技术做准备。

航空航天局解释,准确的计时对于导航至关重要,但是许多航天器缺少这种技术。太空飞行计时器不能采用一般的手表和挂钟。

精确度极高的原子钟能满足这种特殊要求。航空航天局已经研制出四片面包机大小的深太空原子钟(DSAC),今年将向太空发射一台。

深太空原子钟通讯模式图(NASA)
原子钟结构模式图(NASA)

深太空原子钟研究项目的首席研究员托德‧埃利(Todd Ely)说:“我们需要利用无线电信号进行太空导航,根据信号在空间传播的情况来测量那么长的太空飞行距离。

“对导航距离的精确度要求是一米或更高标准。无线电信号以光速传播,这意味着我们所测得的飞行时间精确度为纳秒(10亿分之一秒)。

“几十年来在地面上一直采用原子钟,而在太空中完全依靠深太空原子钟。”

地面与太空中宇宙飞船的通讯有时间延迟的弊端。(NASA视频截图)
宇宙飞船与地面之间的通讯模式图。(NASA视频截图)

其原理是利用汞离子阱技术。20年来,航空航天局一直在加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室里研制和完善这种原子钟。地面使用的飞船导航原子钟大约是小冰箱大小。

航空航天局解释,大多数导航任务依靠地面天线和原子钟的相互配合。地面天线向航天器发送信号,以及接收航天器返回的信号。计算信号发送和接收的时间差,即可确定飞船的位置、速度和飞行路线。

这种方法虽然可靠,但存在很多通讯困难。因为太空的距离非常遥远,即使无线电信号光速飞行,也需要一定的时间,有时甚至需要几个小时,才能完成地面与飞船之间的沟通。

宇宙飞船需要将天线对向地球。(NASA视频截图)
宇宙飞船之间的通讯模式图。(NASA视频截图)

这样不利于飞船立即处理遭遇的实际情况。而且,地面导航仪只能一次跟踪一架航天器,以及飞船有时为了将天线指向地球而必须调整位置等,种种不便。

航空航天局表示,深太空原子钟能够解决这些难题,可以免去地面与飞船之间沟通的时间延迟,而更精确、更灵活地处理飞行情况。

这种新型的深太空原子钟还可提高GPS定位精确度,比目前的卫星GPS的精准度高50倍,因此可能会改善我们日常生活中使用的GPS的性能。#

责任编辑:林琮文

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2018-02-09 5:39 PM
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