นาฬิกาอะตอมขนาดกะทัดรัดที่โคจรรอบโลกตั้งแต่ปี 2019 มีความเสถียรมากกว่านาฬิกาในอวกาศรุ่นก่อนๆ มาก เพิ่มความหวังว่ายานอวกาศในอนาคตจะสามารถติดตามเวลาได้ด้วยตนเอง แม้ว่าปัญหาทางเทคนิคจะจำกัดประสิทธิภาพของอุปกรณ์ดักจับอิออนตัวใหม่ แต่นักวิทยาศาสตร์จากสหรัฐอเมริกาที่พัฒนาอุปกรณ์ดังกล่าวรายงานว่ามีความน่าเชื่อถือเพียงพอที่จะลดความจำเป็นในการสื่อสารไปมา
กับผู้ควบคุม
บนภาคพื้นดินได้อย่างมาก ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการนำทางความเสถียรเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของการบอกเวลาที่ดี หากนาฬิกาไม่เสถียรในช่วงเวลาสั้น ๆ การหน่วงเวลาจากขีดหนึ่งไปยังขีดถัดไปจะผันผวนและผลลัพธ์ของมันจะต้องได้รับค่าเฉลี่ยเพื่อให้ได้ความแม่นยำที่ต้องการ หากเอาท์พุตของนาฬิกา
เลื่อนไปตามช่วงเวลาที่ยาวขึ้น จะต้องได้รับการแก้ไขเป็นระยะด้วยอุปกรณ์ที่เสถียรกว่านี่คือสถานการณ์ของนาฬิกาอะตอมบนดาวเทียมระบุตำแหน่งทั่วโลกในปัจจุบัน นาฬิกาเหล่านี้ช่วยให้ดาวเทียมแต่ละดวงสามารถติดตามทั้งเวลาและตำแหน่งได้ ซึ่งจะทำให้ผู้ใช้บนพื้นสามารถนำทางผ่านการระบุตำแหน่ง
ได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพวกเขาประสบกับการล่องลอย เวลาที่บันทึกไว้จึงต้องถูกปรับแต่งเล็กน้อยในแต่ละวันเพื่อให้สอดคล้องกับนาฬิกาอะตอมบนพื้นดินที่เสถียรกว่า (แต่ยังมีขนาดใหญ่กว่าและซับซ้อนกว่าด้วย)ได้สร้างนาฬิกาที่มีขนาดเล็กและทนทานพอที่จะทนทานต่อสภาพอวกาศที่เลวร้าย
แต่ยังมีความมั่นคงเพียงพอที่จะ ทำงานอย่างอิสระ พวกเขากล่าวว่าอุปกรณ์ดังกล่าวไม่เพียงแต่จะทำให้ระบบดาวเทียมภาคพื้นดินเป็นอิสระมากขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยให้ยานสำรวจอวกาศลึกสามารถนำทางได้ใกล้เคียงกับเวลาจริงอีกด้วย นาฬิกาทำงานที่แกนกลางของนาฬิกาคือท่อสุญญากาศ
ที่มีกับดักทรงกระบอกสองอัน แต่ละอันมีเส้นผ่านศูนย์กลางเกินเซนติเมตรเล็กน้อย กับดักอันแรกใช้เพื่อบรรจุและเตรียมเมฆขนาดเล็กที่มีไอออนของปรอท-199 หลายล้านตัว ในขณะที่อันที่สองจะวัดการ “ฟ้อง” ของไอออน กับดักทั้งสองสร้างสนามไฟฟ้าเพื่อยึดไอออนให้อยู่กับที่และป้องกันไม่ให้ชน
กับผนังกับดัก
ซึ่งจะทำให้สัญญาณนาฬิกาคลาดเคลื่อน ไอออนของปรอท-199 มีการเปลี่ยนแปลง “สัญญาณนาฬิกา” ที่ 40.5 GHz ซึ่งไม่ไวต่อสนามแม่เหล็ก ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่มีประโยชน์เนื่องจากสนามแม่เหล็กสูงและผันผวนในอวกาศ การเปลี่ยนนี้ใช้เพื่อล็อคเอาต์พุตของคริสตัลควอตซ์ เครื่องสังเคราะห์ความถี่
ที่อ้างอิงถึงคริสตัลนี้จะสร้างไมโครเวฟและปรับไปที่ประมาณ 40.5 GHz ในขณะที่หลอดปล่อยพลาสมาจะผลิตแสงอัลตราไวโอเลตที่เพิ่มระดับพลังงานของไอออนหากได้รับการกระตุ้นจากไมโครเวฟแล้ว การเรืองแสงของไอออนเหล่านี้เกิดขึ้นเมื่อปล่อยพลังงานอัลตราไวโอเลตอีกครั้งโดยทันที
ดังนั้นแสดงว่าออสซิลเลเตอร์อยู่ที่ความถี่ที่ถูกต้องได้เวลาบินแล้วนักวิจัยที่ JPL ได้ทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีนาฬิกาไอออนแบบติดกับดักมาตั้งแต่ทศวรรษที่ 1980 และได้รับผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมในห้องปฏิบัติการ โดยบรรลุความเสถียรในระยะสั้นที่ 2×10 −14 / τ 1/2 (τ ซึ่งเป็นเวลาเฉลี่ย)
และการลอย ต่ำสุดที่ 2.7×10 −17ต่อวัน ยิ่งไปกว่านั้น พวกเขาทำโดยไม่ใช้เลเซอร์ ไครโอเจนิกส์ หรือโพรงไมโครเวฟ ซึ่งทั้งหมดนี้จะทำให้เกิดความยุ่งยากที่ไม่พึงปรารถนาสำหรับนาฬิกาในอวกาศด้วยผลลัพธ์เหล่านี้ NASA ได้อนุมัติภารกิจนาฬิกาอะตอมในห้วงอวกาศในปี 2011 ภายใต้การนำของหัวหน้า
นักวิจัย
ทีมปฏิบัติภารกิจได้ผลิตนาฬิกาขนาดเท่าเตาอบไมโครเวฟที่ปล่อยขึ้นสู่วงโคจรระดับความสูง 720 กิโลเมตรในเดือนมิถุนายน 2019 ควบคู่ไปกับการทดลองอื่นๆ แม้ว่านาฬิกาจะรักษาเวลามาเกือบสองปีแล้ว แต่ภารกิจก็ไม่ได้ไร้ปัญหา ปัญหาเกี่ยวกับระดับของก๊าซนีออนที่ใช้ในการทำให้
ไอออนเย็นลง หมายความว่านักวิทยาศาสตร์ต้องวัดความถี่สัญญาณนาฬิกาด้วย ซึ่งไม่ได้ออกแบบมาเพื่อทำการวัดดังกล่าว ความผิดพลาดนี้ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของนาฬิกา และเพื่อนร่วมงานยังคงบันทึกความเสถียรในระยะสั้นที่ 7×10 −13 / τ 1/2เสถียรภาพระยะยาวที่ 3×10 −15และการเลื่อน
โดยประมาณที่ 3×10 − 16ต่อวัน โดยไม่ต้องควบคุมอุณหภูมิของอุปกรณ์ พวกเขากล่าวว่าผลการดริฟท์นั้นดีกว่านาฬิกาอะตอมบนดาวเทียมที่มีอยู่ประมาณลำดับความสำคัญห้วงอวกาศหรือหน้าอกนักวิจัยให้เหตุผลว่าประสิทธิภาพในระดับนี้ดีเพียงพอสำหรับการบอกเวลาอัตโนมัติ ในทางกลับกัน
หมายความว่ายานอวกาศในอนาคตที่ติดตั้งนาฬิกาดังกล่าวจะต้องใช้ลิงค์การสื่อสารเดียวกับตัวควบคุมภาคพื้นดินเพียงลิงค์เดียวเพื่อรับข้อมูลเวลาและตำแหน่ง แทนที่จะต้องใช้ลิงค์สามลิงค์ในปัจจุบัน นักวิจัยเสริมว่านาฬิกาอาจช่วยในการสำรวจระบบสุริยะ เช่น วางแผนสนามโน้มถ่วงของดวงจันทร์ยูโรปา
เมื่อมองไปข้างหน้า นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขากำลังพยายามยืดอายุการใช้งานของเทคโนโลยีนาฬิกาจากสูงสุดห้าปีเป็นอย่างน้อยหนึ่งทศวรรษ เหนือสิ่งอื่นใด นี่หมายถึงการพัฒนาแหล่งกำเนิดแสงอัลตราไวโอเลตและปรับแรงดันภายในห้องสุญญากาศให้เหมาะสมเพื่อให้สูญเสียก๊าซนีออนน้อยลง
ขั้นตอนต่อไปคือไม่เพียงแต่สังเกตเท่านั้น แต่ยังควบคุมปรากฏการณ์การแปลงพลังงานพื้นฐานเหล่านี้ด้วย ในการทำเช่นนี้ นักวิจัยจำเป็นต้องใช้ประโยชน์จากความก้าวหน้าที่โดดเด่นในด้านนาโนศาสตร์ การสร้างแบบจำลองเชิงตัวเลข และวัสดุที่ซับซ้อน วิทยาศาสตร์นาโนได้ให้เทคนิคแก่เรา
ในการสร้างสถาปัตยกรรมอะตอมและโมเลกุลที่ซับซ้อนแบบเกือบอะตอมต่ออะตอม รวมถึงเทคนิค “จากบนลงล่าง” เช่น การพิมพ์หินด้วยแสงและลำแสงอิเล็กตรอน และวิธีการ “จากล่างขึ้นบน” ลำแสงโมเลกุล การพิมพ์อิงค์เจ็ต และศักยภาพที่หลากหลายของการประกอบตัวเองโดยตรง ดังตัวอย่างโดยการสร้างทางชีวภาพที่ขับเคลื่อนด้วย DNA เครื่องมือประดิษฐ์เหล่านี้ช่วยให้เราสร้างโครงสร้างระดับนาโนด้วย
