深空原子鐘
深空原子鐘(Deep Space Atomic Clock)，英文簡稱「DSAC」，是一種用於深空精確無線電導航的小型化、超精密汞離子原子鐘。它比現有的導航時鐘穩定幾個數量級，並且經過改進，在10天內漂移不超過1奈秒[3]， 預計它在10年運行中產生的誤差將不超過1微秒[4]。它有望用來提高深空導航的精度，並能更有效地利用跟蹤網絡。該項目現由美國宇航局噴氣推進實驗室管理，並於2019年6月25日作為美國空軍太空測試計劃2(STP-2)任務的一部分，部署在一枚SpaceX公司的獵鷹重型運載火箭上[2]。
 為實現深空精確實時無線電導航而設計的小型化深空原子鐘。 | |
| 任務類型 | 深空導航輔助，重力和掩星科學 |
|---|---|
| 運營方 | 美國宇航局/噴氣推進實驗室 |
| 國際衛星標識符 | 2019-036C |
| 衛星目錄序號 | 44341 |
| 網站 | www |
| 任務時長 | 1 年(計劃)[1] |
| 太空飛行器屬性 | |
| 太空飛行器 | 軌道試驗台(OTB) |
| 製造方 | 通用原子電磁系統公司 |
| 酬載質量 | 17.5 千克 |
| 尺寸 | 29 × 26 × 23 厘米 (11 × 10 × 9 英寸) |
| 功率 | 44 瓦 |
| 任務開始 | |
| 發射日期 | 2019年6月25日，協調世界時6點30分[2] |
| 運載火箭 | 獵鷹重型運載火箭 |
| 發射場 | 甘迺迪航天中心第39A號發射複合體 |
| 承包方 | SpaceX |
| 運營開始時間 | 2019年8月23日 |
| 軌道參數 | |
| 參照系 | 地心軌道 |
| 軌域 | 近地軌道 |
| 曆元 | 2019年6月25日 |
深空原子鐘項目啟動於2019年8月23日[5]，截至2020年6月，美國航天局已將深空原子鐘任務延長至2021年8月[6]。
概述
目前的地面原子鐘是深空導航的基礎，但是它們太大，無法在太空中飛行，這使得大多數深空導航程序的跟蹤數據都在地球上收集和處理(雙向連結)[4]。深空原子鐘是一種小型、穩定的汞離子原子鐘，與地面的原子鐘一樣穩定[4]。該技術可使太空飛行器在關鍵事件點能實現自主無線電導航，如軌道插入或著陸，有望節省新的任務運行成本[3]，提高深空導航精度，使跟蹤網絡得到更有效的利用，並大大減輕地面的支持操作[3][7]。
它在深空領域的應用包括：[4]
- 利用深空網絡(DSN)在下行鏈路上同時跟蹤兩艘太空飛行器。
- 利用深空網絡的Ka波段下行鏈路跟蹤能力，將跟蹤數據精度提高一個數量級。
- 能從受天氣影響的接收天線切換到另一處的接收天線而不發生跟蹤中斷，從而降低Ka波段的天氣敏感性(相較於雙向X波段)。
- 地面天線對太空飛行器的追蹤觀察周期更長。在木星，這會增加10-15%的跟蹤率；在土星，這一比例會增加到15-25%，隨太空飛行器飛行距離的增加而增長。
- 作為Ka波段無線電科學儀器的新發現，在引力和掩星科學的數據精度上提高了10倍，且由於單向跟蹤的操作靈活性，將能提供更多的數據。
- 作為探索深空實時自主導航系統的一個關鍵元素，該系統跟蹤上行鏈路上的單向無線電信號，並與光學導航相結合，提供可靠的絕對和相對導航
- 對需要實時導航數據的人類探險者來說是十分重要的。
原理與開發
20多年來，美國宇航局噴氣推進實驗室的工程師一直在穩步改進汞離子阱原子鐘，並將其小型化[3]。深空原子鐘技術利用汞離子在40.5吉赫頻率下超精細躍遷的特性，有效地將石英振盪器的頻率輸出 「引導」為接近恆定的值。深空原子鐘通過在陷阱中用電場限制汞離子，並施加磁場和屏蔽保護它們來實現這一點[4][8]。
部署
該飛行單元與其他四台有效載荷一起，被安裝在通用原子電磁系統公司(General Atomics Electromagnetic Systems)利用斯威夫特衛星承載的「軌道試驗台」(OTB)上[10][11]。2019年6月25日，在美國空軍「太空試驗計劃2」(STP-2)任務期間，它作為一艘輔助太空飛行器被部署在一枚SpaceX獵鷹重型運載火箭上[2]。
參考文獻
- ^ 深空原子钟(DSAC). 美國宇航局航天技術任務理事會. [2018年12月10日]. （原始內容存檔於2021年2月19日）.
本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
- ^ 2.0 2.1 2.2 Sempsrott, Danielle. 美国宇航局的深空原子钟部署. 美國宇航局. 22019年6月5日 [2019年6月5日]. （原始內容存檔於2021年3月19日）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Boen, Brooke. 深空原子钟(DSAC). 美國宇航局/噴氣推進實驗室-加州理工學院. 2015年1月16日 [2015年10月28日]. （原始內容存檔於2020年11月11日）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
- ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 深空原子钟 (PDF). 美國宇航局. 2014 [2015-10-27]. （原始內容存檔 (PDF)於2021-03-09）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
- ^ Samuelson, Anelle. 美国宇航局启动深空原子钟. 美國宇航局. 2019年8月26日 [2019年8月26日]. （原始內容存檔於2020年11月7日）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
- ^ 美国宇航局延长深空原子钟任务. 美國宇航局/噴氣推進實驗室-加州理工學院. 2020年6月24日 [2020年6月29日]. （原始內容存檔於2020年12月13日）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
- ^ 美国宇航局将测试原子钟以确保太空任务按时完成. 《吉斯雜誌》. 2015年4月30日 [2015年10月28日]. （原始內容存檔於2016年5月6日）.
- ^ DSAC (深空原子钟). 美國宇航局 (地球觀測資源). 2014 [2015年10月28日]. （原始內容存檔於2020年8月17日）. 本文含有此來源中屬於公有領域的內容。
- ^ David, Leonard. 由“绿色”推进剂驱动的航天器将于2017年发射. Space.com. 2016年4月13日 [2016年4月15日]. （原始內容存檔於2020年11月8日）.
- ^ 通用原子公司完成軌道試驗台衛星發射試驗準備 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. 通用原子電磁系統, 2018年4月3日新聞稿.
- ^ 軌道試驗台:任務 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. 薩里衛星技術公司. 2018年12月10日查閱.
外部連結