Nyt atomur klarer test i rummet med bravour

Deep Space Atomic Clock er placeret på Orbital Test Bed minisatellitten opsendt i juni 2019. Illustration: Nasa

Supernøjagtige ure på satellitter er forudsætningen for, at navigationssystemer fungerer korrekt, og rumsonder kan foretage autonome bevægelser fjernt fra Jorden.

De nuværende ure til GPS og Galileo er bl.a. baseret på neutrale rubidiumatomer. Men i juni 2019 opsendte Nasa et nyt atomur baseret på kviksølvioner for at teste denne teknologi.

Nu foreligger resultaterne af denne test af Deep Space Atomic Clock i en artikel i
Nature – og de ser lovende ud.

I kredsløb om Jorden i 720 km højde

Deep Space Atomic Clock er placeret på Orbital Test Bed, der blev opsendt med en Space X Falcon Heavy-raket 25. juni 2019 og bragt i et kredsløb om Jorden i en højde af 720 km med en omløbstid på 100 minutter.

Uret blev tændt to måneder senere, 23. august.

Det er resultaterne af de første ni måneder i rummet, der nu præsenteres. Atomuret testes stadigvæk – foreløbig indtil august i år.

Atomure i rummet er i dag baseret på brug af atomare strålebundter eller gasceller til at holde atomer sammen.

Deres korttidsstabilitet er typisk 1-10 x 10^-12 /t^0,5 – hvor t er midlingstiden, og deres langtidsstabilitet, som primært skyldes drift, er 1-10 x 10^-15 pr. dag.

Langtidsstabilitet er afgørende

Langtidsstabiliteten er begrænset af, at atomerne ikke ligger helt stille og derved kommer til at støde ind i væggene på uret.

Der er afprøvet teknikker i rummet, der har reduceret korttidsstabiliten, men som ikke har forbedret langtidsstabiliteten.

På landjorden har man for længst taget en teknik i brug, hvor man benytter ioner, som det lettere at holde fanget bestemte bestemte steder end neutrale atomer.

Det nye atomur med kviksølvioner (Hg-199+) er baseret på denne såkaldte trapped-ion teknik.

Det har vist sig at have en kortidsstabilitet på 1,5 x 10^-13/t^0,5 og en langtidsstabilitet på 3 x 10^-16 pr. dag.

Atomuret viste sig at være stabilt selv ved temperaturudsving på 9 grader.

Det blev heller ikke påvirket af den øgede stråling, som satellitten modtog, når den passerede hen over området kendt som den sydatlantiske anomali.

I en anden publikation har forskere fra Jet Propulsion Laboratory i Californien beskrevet, hvordan et sådant ur kan bruges som et navigationsinstrument i en orbiter i et lavt kredsløb omkring Mars.

Levetiden skal være bedre

Efter nu at have demonstreret, at denne teknologi er anvendelig i praksis bliver opgaven at forbedre levetiden for et sådant ur, som i dag er tre til fem år, til mindst ti år, skriver forskerne afslutningsvis i den videnskabelige artikel.

Det indebærer bl.a. ændringer i den ultraviolette kilde – der benyttes en kilde med bølgelængde på 194 nm til at bringe kviksølvionerne i den rette tilstand – samt i vakuumkammeret.