Оптическая технология часов, проверенная в космосе в первый раз: основанные на спутнике оптические часы могли значительно увеличить точность GPS

В журнале Оптического Общества для высокого исследования воздействия, Optica, исследователи сообщают о лазерной системе расчески новой компактной, прочной и автоматизированной частоты, которая была ключевой для эксплуатации космических оптических часов. Расчески частоты – «механизмы», необходимые, чтобы управлять часами, тикающими на оптических частотах.«Наше устройство представляет краеугольный камень в разработке будущих основанных на пространстве часов точности и метрологии», сказал Мэттиас Лезиус из Menlo Systems GmbH, первый автор статьи. «Оптические часы выполнили то же самое в космосе, поскольку это имело на земле, показывая, что наша системная разработка работала очень хорошо».Используя время для местоположения

Телефоны и другие позволенные GPS устройства точно определяют Ваше местоположение на Земле, связываясь по крайней мере с четырьмя спутниками, имеющими атомные часы. Каждый из этих спутников обеспечивает отметку времени, и система вычисляет Ваше основанное на местоположении на относительные различия среди тех времен. Атомные часы, используемые на сегодняшних спутниках, основаны на естественном колебании атома цезия – частота в микроволновой области электромагнитного спектра.Оптические часы используют атомы или ионы, которые колеблются приблизительно в 100,000 раз выше, чем микроволновые частоты в оптической, или видимой, части электромагнитного спектра.

Более высокие частоты означают, что оптические часы «тикают» быстрее, чем микроволновые атомные часы и могли таким образом обеспечить метки времени, которые в 100 – 1 000 раз более точны, значительно улучшая точность GPS.Расчески частоты – важный компонент оптических часов, потому что они действуют как механизмы, деля более быстрые колебания оптических часов в более низкие частоты, которые будут посчитаны и связаны с основанной на микроволновой печи ссылкой атомные часы. Другими словами, расчески частоты позволяют оптическим колебаниям точно измеряться и использоваться, чтобы определить время.До недавнего времени расчески частоты были очень большими, сложными установками, только найденными в лабораториях.

Lezius и его команда в Системах Menlo, компания ответвления группы нобелевского лауреата Т.В. Хэнша в Институте Доски Макса Квантовой Оптики, развивали полностью автоматизированную оптическую расческу частоты, которая измеряет только 22 на 14,2 сантиметров и весит 22 килограмма.Новая расческа частоты основана на оптоволокне, делая его достаточно бурным, чтобы поехать через чрезвычайные силы ускорения и изменения температуры, испытанные, покидая Землю. Его потребление энергии ниже 70 ватт, хорошо в требованиях для основанных на спутнике устройств.

Путешествие в пространствоИсследователи объединили свою новую расческу частоты с атомными цезиевыми часами для справки и рубидия оптические часы, разработанные исследовательскими группами в Институте Фердинанда Брауна Берлин и Университет Humbold Берлин, а также группа из Гамбургского Университета, который недавно двинулся в Университет Майнца. Airbus Defense & Space GmbH была вовлечена в строительство, установление связи и интеграцию модуля полезного груза, который пошел в космос и также оказал поддержку и оборудование во время полета.

В апреле 2015 вся система управлялась на ракете исследования для 6-минутного параболического полета в космос как часть программы TEXUS, которая начинает от Космического центра Esrange в Швеции. Как только микрогравитация была достигнута, система начала измерения автоматически и управлялась от наземной станции через линию радиосвязи низкой пропускной способности.«Эксперимент продемонстрировал функциональность расчески как сравнительный сепаратор частоты между оптическим переходом рубидия на уровне 384 ТГц и цезиевыми часами, обеспечивающими ссылку на 10 МГц», сказал Лезиус.Хотя у оптических часов, используемых в демонстрации, была приблизительно одна десятая точность атомных часов, используемых на спутниках GPS сегодня, исследователи уже работают над новой версией, которая улучшит точность на несколько порядков величины.

Глобальное ощущение от пространстваОчень точные измерения, сделанные возможный с расческами частоты, могли быть полезны для многих заявлений. Например, основанные на пространстве расчески частоты могли улучшить точность глобального дистанционного зондирования парниковых газов от спутников и могли использоваться для основанных на пространстве датчиков гравитационной волны.

«Заявления на основе расчесок частоты довольно важны для будущих основанных на пространстве оптических часов, метрологии точности и методов наблюдения Земли», сказал Лезиус. «Готовность космической техники расчесок частоты развивается в быстром темпе».Исследователи планируют управлять улучшенной версией оптических часов в космос в конце 2017. В том эксперименте модуль расчески частоты не полетит под герметичным куполом, чтобы проверить, как хорошо это работает в вакуумных условиях, которые были бы испытаны на спутнике. Исследователи также стремятся далее улучшить сопротивление системы резкой космической радиации, чтобы гарантировать, что это может работать в течение нескольких лет в орбите.

В течение нескольких лет Lezius и его команда стремятся иметь квалифицированный пространством модуль расчески частоты, который космическое сообщество может использовать в будущих миссиях и заявлениях. Они стремятся к устройству с объемом приблизительно 3 литров, который весит несколько килограммов и имеет потребление энергии приблизительно 10 ватт.

Блог обо всем