新原子钟将改变太空旅行遨游太阳系或像坐公汽上班

美媒称，美国国家航空航天局的便携式原子钟或将彻底改变太空旅行，有朝一日，遨游太阳系可能会像坐公共汽车上班一样容易。

据美国《科学新闻》双周刊网站6月21日报道，科学家设想，自动驾驶的宇宙飞船将运送宇航员穿越深空，类似GPS的定位系统将引导游客在其他行星和卫星表面穿越各种地形。但是，要实现这些充满未来感的导航计划，航天器和卫星将需要配备计时精度极高的时钟——比任何已经发送到太空的时钟都要精确。

这种时钟的一个样本定于6月24日试飞。

美国国家航空航天局(NASA)的“深空原子钟”对每一秒计量的一致程度大约是GPS卫星上原子钟的50倍。这种水平相当于NASA“深空网络”所使用的地面原子钟——这些地面设备利用无线电天线与整个太阳系的航天任务进行通信。但与那些冰箱大小的钟表不同，烤面包机大小的“深空原子钟”可以搭载在航天器上。

这个项目的副首席研究员伊尔·佐伊贝特6月10日在新闻发布会上说，这种迷你原子钟将安装在未来的宇宙飞船或卫星上，它可能“彻底改变我们航天器在深空的导航方式”。

这个时钟样本将从NASA位于美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射。在发射之后，研究人员将对其在近地轨道的表现进行为期一年的监测。下面将简要介绍这台时钟对未来航天飞行可能意味着什么。

这台时钟将如何改变太空导航？

佐伊贝特说：“今天探索深空的每一个航天器都依赖在地球上进行的导航操作。”地面天线向航天器发送信号，然后航天器把信号反射回来。通过测量信号的往返时间，“深空网络”的地面原子钟可以帮助确定航天器的位置。佐伊贝特目前在加利福尼亚州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室工作。

他说，有了新的“深空原子钟”，“我们可以过渡到我们所说的单向追踪”。宇宙飞船将利用它携带的这类时钟来测量追踪信号从地球抵达飞船所需的时间，而无需将信号发回地面的原子钟进行测量。这将使航天器能够判断自己的轨道。

单向追踪有哪些好处？

能自我定位的航天器可以使宇航员在不需要接收地球指令的情况下自行穿越太阳系。该项目首席研究员、同样在NASA喷气推进实验室工作的托德·埃利说：“在火星这样的地方，(追踪信号)往返时间为8至40分钟。在木星，可能是……一个半小时。土星是两个半小时。”

由于飞行器能够自我定位，探险者可以更加灵活地开展行动，更及时地对意外情况作出反应。

这台时钟将如何帮助人们实现在其他星球上导航？

佐伊贝特在新闻发布会上说：“想象一下，宇航员在火星上徒步旅行，也许远方就是奧林帕斯山，她正在查看谷歌地图的火星版，看看自己在哪里。”他说，“这个概念真的会和我们地球上GPS的概念一样”，由一组卫星提供覆盖星球表面的服务。

在其他星球上，卫星会利用其携带的“深空原子钟”来广播带有精确时间戳的信号，任何GPS地面接收器都可以利用这些信号通过三角测量法确定自己的位置。

是什么让新的太空时钟比其他时钟更可靠？

这种新的原子钟利用带电的汞原子或离子来计时，而目前地球GPS卫星上的原子钟则使用中性的铷原子。由于新原子钟内部的汞原子带有电荷，它们会被困在电场中，因而无法与其容器的墙壁相互作用——埃利解释说，GPS原子钟内部的这种相互作用会导致铷原子失去节奏。

地球的GPS卫星时钟需要地球上的指挥中心每天进行两次修正。埃利说：“如果你有‘深空原子钟’，那么每天两次可能会变成数周一次，甚至数月一次。”

在这台时钟样本的首次飞行中，科学家们将进行哪些测试？

科学家需要确保这台时钟在太空中同样如此稳定。埃利说：“我们的目标是每天误差为2纳秒左右，或者不到2纳秒。”

这次试飞还将测试时钟在太空中运行一整年的情况。

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