अंतरिक्ष अग्रदूतों के लिए क्रोनोमीटर

18 वीं शताब्दी में, ब्रिटिश साम्राज्य अपनी सीमाओं, व्यापार और प्रभाव को सक्रिय रूप से बढ़ा रहा था। मुख्य उपकरण बेड़े था - बिना कारण के इस छोटे से द्वीप देश को लेडी ऑफ द सीज़ कहा जाता है। और 18 वीं शताब्दी की शुरुआत में, नेविगेशन के सुधार के लिए जहाजों के स्थान को निर्धारित करने के लिए अधिक सटीक विधि के निर्माण की आवश्यकता थी। ब्रिटिश संसद ने इस समस्या को हल करने के लिए एक अभूतपूर्व इनाम नियुक्त किया है। समाधान अल्ट्रापाइसिस (उस समय) "समुद्री" घड़ियों का निर्माण था । लेकिन इतिहास एक सर्पिल में चला जाता है: आज सौर प्रणाली में महारत हासिल करने के कार्यों में अंतरिक्ष यान पर सटीक नेविगेशन घड़ियों - परमाणु - के उपयोग की आवश्यकता होती है ।

साजिश रचने और नेविगेट करने के लिए समय सबसे महत्वपूर्ण मापदंडों में से एक है। आंदोलन की शुरुआत से हमारी गति और बीते हुए समय को जानने के बाद, हम गणना कर सकते हैं कि हम कितनी दूर चले गए हैं, बिंदु A से बिंदु B तक जाने / ड्राइव करने / उड़ान भरने के लिए कितना शेष है और घड़ी सहित माप उपकरण जितना सटीक होगा, उतना ही अधिक हम कर सकते हैं। त्रुटि की कम संभावना की साजिश रचने। यह उन स्थितियों में महत्वपूर्ण है जहां मार्ग बिंदुओं के बीच की दूरी बहुत बड़ी है, और यात्रियों के संसाधन बेहद सीमित हैं और आपको गंतव्य की तलाश में अंतरिक्ष में भटकने की अनुमति नहीं देते हैं। उदाहरण के लिए, पृथ्वी से मंगल की यात्रा करते समय।

मानव जाति द्वारा बनाई गई सबसे सटीक घड़ियां परमाणु घड़ियां हैं। वे विभिन्न पदार्थों के परमाणुओं के कंपन की एक निश्चित संख्या का उपयोग करके समय की इकाइयों की गिनती के विचार पर आधारित हैं। उदाहरण के लिए, सीज़ियम, स्ट्रोंटियम, रुबिडियम, हाइड्रोजन, कैल्शियम, आयोडीन और अन्य रासायनिक तत्व। आज, परमाणु घड़ियों का उपयोग मुख्य रूप से उपग्रह नेविगेशन प्रणालियों में और अंतरिक्ष यान को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, कई देशों में वे परमाणु घड़ियों की सटीकता, उनकी कॉम्पैक्टनेस और बाहरी प्रभावों के प्रतिरोध में सुधार के लिए काम कर रहे हैं। उदाहरण के लिए, 2016 के पतन में, थ्यूलियम परमाणुओं पर आधारित एक ऑप्टिकल परमाणु घड़ी का एक प्रोटोटाइप, जो आज दुनिया में सबसे सटीक है, रूसी शारीरिक संस्थान में प्रस्तुत किया गया था ।

लेकिन सौर प्रणाली के विकास के बारे में हम जितना सोचते हैं, उतनी ही तकनीकी कठिनाइयों का सामना इंजीनियरों को करना पड़ता है। उनमें से एक बाहरी अंतरिक्ष में नेविगेशन की सटीकता में सुधार कर रहा है। इस मामले में त्रुटियों की साजिश रचने की लागत बहुत अधिक है, भले ही मानवरहित जांच का उपयोग किया जाए, मंगल और मानव और बृहस्पति और शनि के उपग्रहों के लिए भी नहीं।
आज अंतरिक्ष नेविगेशन के लिए, अंतरिक्ष यान और नियंत्रण केंद्र के बीच रेडियो सिग्नल के पारगमन समय को मापा जाता है। रेडियो तरंगों के प्रसार की गति को जानने के बाद, आप डिवाइस द्वारा तय की गई दूरी और उसकी सापेक्ष गति निर्धारित कर सकते हैं।

गहरी जगह

कुछ साल पहले, नासा ने लंबी दूरी के अंतरिक्ष अभियानों - डीप स्पेस एटॉमिक क्लॉक (डीएसडी) के लिए एक कॉम्पैक्ट परमाणु घड़ी विकसित करना शुरू किया । वॉच एक समानांतर चतुर्भुज के आकार का मॉड्यूल है जिसमें 29 x 27 x 23 सेमी के आयाम हैं। वजन - 16 किलो। बिजली की खपत - 44 वाट। डीएसएसी पारा परमाणुओं का उपयोग करता है, इसलिए घड़ी बाहरी चुंबकीय क्षेत्र और तापमान चरम सीमाओं के लिए बहुत प्रतिरोधी है। घड़ी की सटीकता का स्तर 10 वर्षों में 1 माइक्रोसेकंड से कम है।



मार्च 2017 में, इसे ऑर्बिटल टेस्ट बेड पर एक परीक्षण उड़ान में मॉड्यूल लॉन्च करने की योजना है। वर्ष के दौरान, डिवाइस उच्च सटीकता के साथ अपनी कक्षा की ऊंचाई निर्धारित करेगा।

क्यों?

लेकिन हमें एक नई परमाणु घड़ी की आवश्यकता क्यों है, और यहां तक ​​कि अंतरिक्ष यान पर स्थापना के लिए भी, जब और जब पृथ्वी से नियंत्रित किया जाता है, उड़ान मापदंडों को मापने में भारी सटीकता हासिल की जाती है?

एक व्यावहारिक उदाहरण लें: मंगल की परिक्रमा करने वाले उपग्रह के प्रक्षेपवक्र का निर्धारण। पृथ्वी से इसकी दूरी औसतन 225 मिलियन किमी है(न्यूनतम - 55.76 मिलियन, अधिकतम - 401 मिलियन किमी)। इस दूरी पर, रेडियो सिग्नल लगभग 25 मिनट तक आगे-पीछे होता है। और यहाँ मुख्य बिंदु समय माप की सटीकता है। आज, ग्राउंड-आधारित उड़ान नियंत्रण प्रणालियों में उपयोग की जाने वाली परमाणु घड़ी हमें एक मीटर से कम की सटीकता के साथ अंतरिक्ष यान की दूरी की गणना करने की अनुमति देती है, और इसकी गति MCC के सापेक्ष - एक मिलीमीटर प्रति सेकंड से कम की सटीकता के साथ। डेटा संचय की दो दिनों की अवधि के बाद, आप मंगल के चारों ओर वाहन के प्रक्षेपवक्र का निर्धारण कर सकते हैं। और, यदि आवश्यक हो, तो इसे समायोजित करें। नासा के जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी के

अनुसार, जो डीएसएसी को विकसित कर रहा है, मंगल की कक्षा में एक उपग्रह का अवलोकन करने के दो दिनों के दौरान, संचित समय माप त्रुटि कई पिकोसेकंड है, जो मीटर के अंशों में डिवाइस की दूरी को मापने में कुल त्रुटि देता है, और गति लगभग mm / s है। 10 मीटर के भीतर एक त्रुटि के साथ प्रक्षेपवक्र की गणना के लिए एकत्रित आँकड़ों का उपयोग जटिल एल्गोरिदम द्वारा किया जाता है।

यदि आप एक अंतरिक्ष यान पर एक परमाणु घड़ी रखते हैं, तो उड़ान मापदंडों की गणना करने के लिए आपको प्रत्येक बार पृथ्वी से एक कमांड भेजने की आवश्यकता नहीं है, ताकि अंतरिक्ष यान गोल-यात्रा सिग्नल पारगमन समय को मापकर प्रतिक्रिया करता है। यह पर्याप्त है कि ऑन-बोर्ड नेविगेशन सिस्टम समय-समय पर सिग्नल भेजता है, या सिग्नल पृथ्वी से एकतरफा भेजे जा सकते हैं, और उड़ान मापदंडों की सभी गणना बोर्ड पर की जाएगी। यही है, हम गणना किए गए समय अंतराल को रोकते हैं, और इसलिए - और त्रुटि की भयावहता।

इसके अलावा, एक ही जेट प्रोपल्शन प्रयोगशाला के अनुसार, उच्च आवृत्तियों पर स्विच करना संभव होगा, जो एक ही राशि से त्रुटि को कम करके, परिमाण के आदेश से ट्रैकिंग सटीकता को बढ़ाएगा।

इसके अलावा, पृथ्वी से नियंत्रित होने वाले अंतरिक्ष यान की संख्या में वृद्धि के साथ, एंटीना प्रणालियों के सीमित संसाधनों की समस्या अनिवार्य रूप से उत्पन्न होगी। और अगर किसी प्रतिक्रिया की प्रतीक्षा किए बिना केवल एक दिशा में एक संकेत भेजना संभव होगा, तो मौजूदा सुविधाओं पर कई उपकरणों के रूप में दो बार प्रभावी रूप से प्रबंधित करना संभव होगा।



यदि डिवाइस को मापने के संकेत के एक तरफा संचरण के लिए डिज़ाइन किया गया है, तो यह एंटेना के आकार पर सहेजना संभव होगा, क्योंकि उन्हें प्रतिक्रिया भेजने के लिए जमीन पर बहुत सटीक निशाना लगाने की आवश्यकता नहीं होगी। इसके अलावा, यह संभव हो सकता है कि मापने वाले संकेतों को भेजने के सत्र पर अनुसंधान जांच के मूल्यवान समय को खर्च न करें, इसे वैज्ञानिक माप में समर्पित करें। और बोर्ड पर नेविगेशन डेटा का संचय आपको वास्तविक समय में उन्हें पैंतरेबाज़ी करने और पाठ्यक्रम को प्लॉट करने के लिए उपयोग करने की अनुमति देगा। यह उन मामलों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां प्रतिक्रिया समय महत्वपूर्ण हो जाता है। उदाहरण के लिए, जब एक रोबोट उपकरण के साथ एक ग्रह के पास पहुंचता है। या, जब एक रोबोट रोवर / चंद्र रोवर / टाइटन रोवर / यूरोपोपस के किसी न किसी इलाके में ड्राइविंग करते हैं।



यहां तक ​​कि मानवयुक्त उड़ानों के मामले में, अंतरिक्ष यात्रियों के लिए यह बहुत उपयोगी होगा कि वे अपनी प्रक्षेपवक्र के सभी डेटा को अपनी उंगलियों पर रखें, ताकि वे कठिन परिस्थितियों में अपने पाठ्यक्रम को जल्दी से पूरा कर सकें।

रूसी कॉस्मोनॉटिक्स के लिए, हम, भी, काम अभी भी खड़ा नहीं है। विशेष रूप से, 2018 में एक हाइड्रोजन परमाणु घड़ी के साथ पहला ग्लोनास उपग्रह लॉन्च करने की योजना बनाई गई है , जिसने परीक्षणों में 10 वर्षों में 1.8 माइक्रोसेकंड (12 घंटे में 0.5 पिकोसेकंड) की सटीकता दिखाई।

Source: https://habr.com/ru/post/hi401105/