Eine präzise Funknavigation - die Verwendung von Funkfrequenzen zur Positionsbestimmung - ist entscheidend für den Erfolg aller Erkundungsmissionen im Weltraum. Um die Navigationstechnologie zu verbessern, wird eine kleine Demonstrationsmission namens Deep Space Atomic Clock (DSAC) im Rahmen einer zukünftigen NASA-Mission fliegen, um eine miniaturisierte, ultrapräzise Quecksilberionen-Atomuhr zu validieren, die 100-mal stabiler als die heutige ist beste Navigationsuhren.
Die Mission wird nun für die vorläufige Entwurfsprüfung im Jahr 2013 vorbereitet und soll als gehostete Nutzlast auf einem Iridium NEXT-Raumschiff fliegen. Der Start ist für 2015 geplant.
Die NASA sagt, dass die DSAC-Demonstration die Art und Weise, wie die Navigation im Weltraum durchgeführt wird, revolutionieren wird, indem ein Raumschiff seine eigenen Zeit- und Navigationsdaten in Echtzeit berechnen kann. Diese Einwegnavigationstechnologie würde das derzeitige Zweiwegesystem verbessern, in dem Informationen zur Erde gesendet werden, und ein Bodenteam muss das Timing und die Navigation berechnen und diese dann an das Raumschiff zurücksenden. Eine Echtzeit-Navigationsfunktion an Bord ist der Schlüssel zur Verbesserung der Fähigkeiten der NASA zur Ausführung zeitkritischer Ereignisse wie einer Planetenlandung oder eines planetaren „Vorbeiflugs“, wenn die Signalverzögerungen zu groß sind, als dass der Boden während des Ereignisses mit dem Raumschiff interagieren könnte.
"Durch die Einführung von DSAC in zukünftigen NASA-Missionen wird die Datenmenge für Navigation und Funkwissenschaft um das Zwei- bis Dreifache erhöht, die Datenqualität um das bis zu Zehnfache verbessert und die Missionskosten gesenkt, indem auf eine flexiblere und erweiterbare Einweg-Funknavigationsarchitektur umgestellt wird", sagte er Todd Ely, Hauptforscher der Deep Space Atomic Clock Technology Demonstration im Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien. Das Projekt ist Teil des NASA Technology Demonstration Missions-Programms, das vom Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, für das NASA-Büro verwaltet wird des Cheftechnologen in Washington.
Die von DSAC aktivierte Einweg-Deep-Space-Navigation nutzt das vorhandene Deep-Space-Netzwerk effizienter als das derzeitige Zwei-Wege-System und erweitert so die Kapazität des Netzwerks, ohne dass neue Antennen oder die damit verbundenen Kosten hinzukommen. Dies ist wichtig, da die zukünftige Erforschung des Weltraums durch den Menschen mehr Tracking vom Deep Space-Netzwerk erfordert, als derzeit mit dem vorhandenen System möglich ist.
"Die Flugdemonstrationsmission Deep Space Atomic Clock wird diese laborqualifizierte Technologie auf Flugbereitschaft bringen und eine praktische Atomuhr für eine Vielzahl von Weltraummissionen verfügbar machen", sagte Ely.
Bodengestützte Atomuhren sind seit langem der Eckpfeiler der meisten Raumfahrzeugnavigation, da sie Wurzeldaten liefern, die für eine präzise Positionierung erforderlich sind. DSAC bietet die gleiche Stabilität und Genauigkeit für Raumfahrzeuge, die das Sonnensystem erkunden. Ähnlich wie moderne Global Positioning Systems (GPS) Einweg-Signale verwenden, um terrestrische Navigationsdienste zu ermöglichen, bietet die Deep Space Atomic Clock eine ähnliche Funktion in der Deep Space-Navigation - mit einer derart extrem genauen Genauigkeit, dass Forscher benötigt werden die Auswirkungen der Relativitätstheorie oder der Relativbewegung eines Beobachters und eines beobachteten Objekts, die durch Schwerkraft, Raum und Zeit beeinflusst werden, sorgfältig zu berücksichtigen. Uhren in GPS-basierten Satelliten müssen beispielsweise korrigiert werden, um diesen Effekt zu berücksichtigen, oder ihre Navigationskorrekturen beginnen zu driften.
In der Laborumgebung wurde die Präzision der Deep Space Atomic Clock aufgrund der Arbeit der NASA-Ingenieure bei JPL so verfeinert, dass innerhalb von 10 Tagen eine Drift von nicht mehr als einer Nanosekunde möglich ist. In den letzten 20 Jahren haben sie die Atomuhr der Quecksilberionenfalle stetig verbessert und miniaturisiert und für den Betrieb in der rauen Umgebung des Weltraums vorbereitet.
Die aktualisierte Uhr ist ein Miniatur-Quecksilberionen-Atomgerät, das das DSAC-Team in einem einjährigen Experiment als Nutzlast auf einem Erdorbiter fliegen wird, um seine Funktionsfähigkeit im Weltraum und seine Nützlichkeit für die Einwegnavigation zu validieren.
"Eine mögliche Verwendung für DSAC für eine zukünftige Mission wäre eine Fortsetzung des Mars Reconnaissance Orbiter", sagte Ely. Der Mars Reconnaissance Orbiter der NASA startete 2005 auf dem Mars, um mehr über die Verteilung und Geschichte des Marswassers zu erfahren - gefroren, flüssig oder dampfförmig. Der Orbiter hat 2008 seine primäre wissenschaftliche Phase abgeschlossen und arbeitet weiterhin in einer erweiterten Mission. Atomuhren sind die genaueste bekannte Zeitmessmethode und werden als Hauptstandard für internationale Zeitverteilungsdienste verwendet - zur Steuerung der Frequenz von Fernsehsendungen und in globalen Navigationssatellitensystemen wie dem Global Positioning System.
Weitere Informationen finden Sie auf der DSAC-Website.
Quelle: Marshall Space Flight Center
