Atoomklokken voor diepe ruimte ondergaan een orbitale test in een ruimtevaartuig
In de ruimte is nauwkeurige timing van belang voor navigatie. Veel ruimtevaartuigen hebben echter geen nauwkeurige klokken aan boord. Al 20 jaar lang blijft het NASA Jet Propulsion Laboratory (Pasadena, Californië) de klokken verbeteren. Dit is een atoomklok voor diepe ruimte (Deep Space Atomic Clock - DSAC).
Nu moeten de meeste missies afgaan op grondantennes in combinatie met een atoomklok. Terrestrische antennes sturen eng gerichte signalen naar een ruimtevaartuig en wachten tot het terugkomt. NASA gebruikt het tijdsverschil tussen vertrek en aankomst om de locatie, snelheid en het pad van het schip te berekenen.
Dit is een betrouwbare methode, maar de effectiviteit kan aanzienlijk worden verbeterd. Het station moet bijvoorbeeld wachten op de terugkeer van het signaal, zodat het schip tegelijkertijd kan volgen. Op zijn beurt is het ruimtevaartuig ook gedwongen te wachten tot het signaal het bereikt en kan het niet onafhankelijk ter plekke beslissen.
Navigatie in de diepe ruimte moet grote afstanden meten met een nauwkeurigheid van één meter en minder. Radiosignalen bewegen met de snelheid van het licht, dus je moet focussen op nanoseconden. Atoomklokken lossen deze taak regelmatig op aarde op. Nu met de hulp van DSAC gaan we de ruimte in. Het doel van het DSAC-project is om nauwkeurige verzameling van tijd te verzekeren voor toekomstige NASA-missies. Met de nieuwe technologie hoeft het ruimtevaartuig zich niet te concentreren op tweerichtings volgen, wat de efficiëntie en autonomie aanzienlijk zal verhogen. Bovendien zorgt de innovatie ervoor dat grondstations meerdere satellieten in één keer kunnen volgen in de buurt van drukke gebieden, zoals Mars.
DSAC is een geavanceerd prototype van kleine atoomklokken met lage massa, gebaseerd op de kwik ion trap technologie. In terrestrische stations lijken atoomklokken in grootte op een koelkast. De DSAC bereikt de broodroosterparameters en kan in de toekomst een kleinere vorm aannemen.
In een baan om de baan kan de DSAC navigatiesignalen van de Amerikaanse GPS gebruiken. De demonstratie zou moeten bevestigen dat de klok de tijdnauwkeurigheid van maximaal twee nanoseconden gedurende de dag aangeeft. Als dit lukt, kunnen toekomstige missies de nieuwe technologie gebruiken. Uit grondtests blijkt dat DSAC 50 keer stabieler is dan moderne atoomklokken op GPS.
