NASA telah menghidupkan jam atom baru, super-tepat, berbasis-ruang yang diharapkan agensi suatu hari nanti akan membantu wahana antariksa mendorong diri mereka melalui ruang angkasa tanpa mengandalkan jam Earthbound.
Ini disebut Deep Space Atomic Clock (DSAC), dan bekerja dengan mengukur perilaku ion merkuri yang terperangkap dalam kerangka kecilnya. Sudah di orbit sejak Juni, tetapi pertama kali berhasil diaktifkan pada 23 Agustus. Ini sama sekali tidak mencolok - hanya kotak abu-abu seukuran pemanggang empat-iris dan penuh kabel, Jill Seubert, seorang insinyur ruang angkasa dan satu dari para pemimpin proyek di NASA, kepada Live Science. Tapi ukuran sederhana itu adalah intinya: Suebert dan rekan-rekannya bekerja untuk merekayasa jam yang cukup kecil untuk dimuat ke pesawat ruang angkasa apa pun dan cukup tepat untuk memandu manuver rumit di ruang angkasa tanpa masukan dari sepupu seukuran kulkas di Bumi.
Anda membutuhkan jam yang tepat untuk menemukan jalan di sekitar ruang karena itu besar dan kosong. Ada beberapa landmark yang digunakan untuk menilai posisi atau kecepatan Anda, dan sebagian besar terlalu jauh untuk menawarkan informasi yang tepat. Jadi setiap keputusan untuk mengubah kapal atau menembakkan pendorongnya, Seubert berkata, dimulai dengan tiga pertanyaan: Di mana saya? Seberapa cepat saya bergerak? Dan ke arah mana?
Cara terbaik untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan itu adalah dengan melihat benda-benda yang jawabannya sudah diketahui, seperti pemancar radio di Bumi, atau satelit GPS mengikuti jejak orbit yang diketahui melalui ruang angkasa. Kirim sinyal dengan kecepatan cahaya dengan waktu yang tepat di titik A dan ukur berapa lama untuk sampai ke titik B. Itu memberi tahu Anda jarak antara A dan B. Kirim dua sinyal lagi dari dua lokasi lagi, dan Anda akan memiliki informasi yang cukup untuk mencari tahu di mana titik B berada dalam ruang tiga dimensi. (Ini adalah cara kerja perangkat lunak GPS di ponsel Anda: dengan terus-menerus memeriksa perbedaan menit dalam tanda tangan yang disiarkan oleh berbagai satelit yang mengorbit.)
Untuk menavigasi ruang angkasa, NASA saat ini bergantung pada sistem yang serupa tetapi kurang tepat, kata Seubert. Sebagian besar jam atom dan peralatan penyiaran ada di Bumi, dan mereka secara kolektif membentuk apa yang dikenal sebagai Deep Space Network. Jadi NASA biasanya tidak dapat menghitung posisi dan kecepatan pesawat ruang angkasa dari tiga sumber sekaligus. Alih-alih, agensi menggunakan serangkaian pengukuran saat Bumi dan pesawat ruang angkasa bergerak melintasi ruang seiring waktu untuk memakukan arah dan posisi pesawat ruang angkasa.
Agar sebuah wahana antariksa mengetahui di mana ia berada, ia perlu menerima sinyal dari Deep Space Network, menghitung waktu yang dibutuhkan agar sinyal tiba dan menggunakan kecepatan cahaya untuk menentukan jarak. "Untuk melakukan ini dengan sangat tepat, Anda harus dapat mengukur waktu-waktu itu - waktu pengiriman dan penerimaan sinyal - setepat mungkin, dan di lapangan, ketika kami mengirim sinyal-sinyal ini dari Deep Space Network kami, kami memiliki jam atom yang sangat tepat dan akurat, "kata Seubert. "Sampai sekarang, jam yang kita miliki yang cukup kecil dan daya rendah untuk terbang di pesawat ruang angkasa, mereka disebut osilator ultrastable, yang merupakan keliru total. Mereka tidak ultrastable. Mereka merekam sinyal- menerima waktu, tetapi akurasi sangat rendah. "
Karena data lokasi di pesawat ruang angkasa sangat tidak dapat diandalkan, mencari tahu bagaimana menavigasi - kapan menyalakan pesawat pendorong atau mengubah jalur, misalnya - jauh lebih rumit dan harus dilakukan di Bumi. Dengan kata lain, orang-orang di Bumi mengendarai pesawat ruang angkasa dari ratusan ribu atau jutaan mil jauhnya.
"Tetapi jika Anda dapat merekam waktu yang diterima sinyal di papan dengan sangat akurat dengan jam atom, sekarang Anda memiliki kesempatan untuk mengumpulkan semua data pelacakan di papan dan merancang komputer dan radio Anda sedemikian rupa sehingga wahana antariksa dapat menggerakkan dirinya sendiri," dia berkata.
NASA dan lembaga antariksa lainnya telah menempatkan jam atom di ruang angkasa sebelumnya. Seluruh armada satelit GPS kami membawa jam atom. Tetapi, untuk sebagian besar, mereka terlalu tidak akurat dan sulit untuk pekerjaan jangka panjang, kata Seubert. Lingkungan di ruang jauh lebih kasar daripada laboratorium penelitian di Bumi. Temperatur berubah saat jam masuk dan keluar dari sinar matahari. Tingkat radiasi naik dan turun.
"Ini adalah masalah spaceflight yang terkenal, dan kami biasanya mengirimkan bagian yang dikeraskan dengan radiasi yang telah kami tunjukkan dapat beroperasi di lingkungan radiasi yang berbeda dengan kinerja yang sama," katanya.
Tetapi radiasi masih mengubah cara elektronik beroperasi. Dan perubahan-perubahan itu berdampak pada jam atom peralatan sensitif yang digunakan untuk mengukur waktu yang berlalu, yang mengancam akan menyebabkan ketidakakuratan. Beberapa kali sehari, Seubert menunjukkan, Angkatan Udara mengunggah koreksi ke jam satelit GPS untuk menjaga mereka agar tidak tidak sinkron dengan jam di darat.
Tujuan DSAC, katanya, adalah untuk membangun sistem yang tidak hanya portabel dan cukup sederhana untuk dipasang pada pesawat ruang angkasa apa pun, tetapi juga cukup kuat untuk beroperasi di ruang angkasa dalam jangka panjang tanpa memerlukan penyesuaian terus-menerus dari tim berbasis Bumi.
Selain memungkinkan untuk navigasi ruang-dalam yang lebih tepat menggunakan sinyal-sinyal Bumi, jam seperti itu mungkin suatu hari memungkinkan para astronot di pos-pos jauh berada di sekitar seperti yang kita lakukan dengan perangkat pemetaan kami di Bumi, kata Seubert. Armada kecil satelit yang dilengkapi dengan perangkat DSAC dapat mengorbit bulan atau Mars, berfungsi sebagai pengganti sistem GPS Bumi, dan jaringan ini tidak akan memerlukan koreksi beberapa kali sehari.
Di ujung jalan, katanya, DSAC atau perangkat serupa mungkin memainkan peran dalam sistem navigasi pulsar, yang akan melacak waktu hal-hal seperti denyut cahaya dari sistem bintang lain untuk memungkinkan pesawat ruang angkasa untuk menavigasi tanpa input dari Bumi.
Namun, untuk tahun berikutnya, tujuannya adalah membuat DSAC pertama ini berfungsi dengan baik karena mengorbit dekat dengan Bumi.
"Apa yang perlu kita lakukan pada dasarnya adalah mempelajari cara menyetel jam agar bekerja dengan baik di lingkungan itu," kata Seubert.
Pelajaran yang dipelajari kru DSAC saat menyetel perangkat tahun ini harus mempersiapkan mereka untuk menggunakan perangkat serupa pada misi jarak jauh, katanya.
