美国宇航局的深度空间原子钟正在努力在导航时为远牌空间探险者提供更多自主权。在杂志上发表的新文件中自然，特派团报告了他们工作的进展，以提高空间的原子钟衡量时间长期衡量时间的能力。
称为稳定性，此功能也影响了GPS卫星的操作，帮助人们在地球上导航，因此这项工作也有可能增加下一代GPS航天器的自主权。太空船冒险超越我们的月球依靠地球上的地铁站的沟通来弄清楚他们在哪里以及他们要去的地方。
为了计算遥远的航天器的轨迹，工程师将信号从航天器发送到地球和背部。它们在地面上使用冰箱尺寸的原子钟来记录这些信号的定时，这对于精确地测量航天器的位置至关重要。但对于火星或更远目的地的机器人来说，等待信号使旅行可以快速加入到几十分钟甚至几小时。
如果这些航天器携带原子钟，它们可以计算自己的位置和方向，但原子钟必须高度稳定。GPS卫星携带原子钟，帮助我们到达地球上的目的地，但这些原子钟每天需要更新几次，以保持必要的稳定性。深空任务需要更稳定的天基时钟。
Managed by NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Southern California, the Deep Space Atomic Clock has been operating aboard General Atomic’s Orbital Test Bed spacecraft since June 2019. The new study reports that the mission team has set a new record for long-term atomic clock stability in space, reaching more than 10 times the stability of current space-based atomic clocks, including those on GPS satellites.
所有的原子钟都有一定程度的不稳定性，这会导致时钟的时间与实际时间的偏移。如果不进行修正，偏移量虽然很小，但会迅速增加，而且对于航天器导航来说，即使是很小的偏移量也会产生巨大的影响。
深空原子钟任务的关键目标之一是测量原子钟在越来越长的时间内的稳定性，看看它是如何随时间变化的。在这篇论文中，该团队报告了一种稳定水平，在超过20天的操作后，导致时间偏差小于4纳秒。
“一般来说，一纳秒的时间不确定性对应着大约一英尺的距离不确定性，”喷气推进实验室(JPL)的原子钟物理学家、这篇论文的合著者埃里克·伯特(Eric Burt)说。“一些GPS时钟必须每天更新几次，以保持这种稳定水平，这意味着GPS高度依赖于与地面的通信。深空原子钟将时间延长至一周或更长，因此可能会给GPS等应用程序更多自主权。”
该论文中报道的稳定性和随后的时间延迟大约是该团队在2020年春季报告的5倍。这并不代表时钟本身的改进，但代表了团队对时钟稳定性的测量。更长的运行周期和几乎一整年的额外数据使提高测量精度成为可能。
深空原子钟任务将于8月结束，但美国宇航局宣布这项技术的工作仍在继续:深空原子钟-2号是先进计时器的改进版本，将通过VERITAS(金星发射率、无线电科学、InSAR、地形和光谱学的缩写)任务飞往金星。像它的前任一样，新的太空时钟是一个技术演示，这意味着它的目标是通过开发目前不存在的仪器、硬件、软件或类似的东西来提高太空能力。由喷气推进实验室(JPL)建造，并由NASA空间技术任务理事会(STMD)资助，这种技术产生的超精确时钟信号可以帮助实现自主航天器导航，并加强未来任务中的无线电科学观测。
“NASA选择VERITAS上的深空原子钟2号，说明了这项技术的前景，”喷气推进实验室的深空原子钟首席研究员和项目经理托德·伊利(Todd Ely)说。“在VERITAS上，我们的目标是让下一代空间时钟发挥其功能，并展示其在深空导航和科学方面的潜力。”
深空原子钟由科罗拉多州恩格尔伍德的通用原子电磁系统公司提供的一艘航天器托管。它是由位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心的STMD技术演示任务计划和NASA载人探索和操作任务理事会的太空通信和导航(SCaN)计划赞助的。JPL负责管理该项目。
本文由喷气推进实验室提供。
