Маттиас Лезиус (Matthias Lezius) и его коллеги из Института Макса Планка и компании Menlo Systems (Германия) разработали полностью автоматизированные оптические часы, которые имеют габариты всего 22 на 14,2 см и весят 22 килограмма. Эти часы еще уступают по точности современным атомным, но скоро дадут им фору. Кроме того, они уже доказали свою работоспособность в суровых космических условиях. Результаты исследования сообщаются в пресс-релизе Американского оптического общества (OSA).
Современные устройства GPS-навигации определяют свое местоположение, связываясь, по меньшей мере, с четырьмя спутниками, снабженными атомными часами. Каждый из этих спутников сообщает устройству временную метку, и система вычисляет местонахождение пользователя на основе относительной разницы между этими точками. Атомные часы, используемые на современных спутниках, работают на колебаниях атома цезия с частотой микроволн.
Оптические часы используют атомы или ионы, которые колеблются примерно в 100 тыс. раз чаще, по сравнению с частицами в атомных часах. Более высокие частоты означают, что оптические часы могут обеспечить определение времени на два-три порядка точнее. В свою очередь, их использование значительно повысило бы точность GPS-навигации (практически до сантиметра).
Так называемые частотные гребенки позволяют очень точно измерять оптические колебания и использовать их для определения времени.
До недавнего времени частотные гребенки были довольно громоздкими. Новый сверхточный хронометр работает на основе оптических волокон, что делает его достаточно прочным для того, чтобы отправиться в космическое путешествие. Разработчики сообщают, что он потребляет менее 70 Вт, что в пределах требований, предъявляемых к устройствам, работающим на спутниках. Исследователи объединили частотные гребенки с атомными часами на цезии.
В апреле 2015 года система была запущена в космос с космодрома Эсрейндж в Швеции в рамках программы Texus. Во время шестиминутного параболического полета в космос в условиях микрогравитации система начала измерения автоматически и управлялась с наземной станции по радиоканалу с низкой пропускной способностью.
«Эксперимент продемонстрировал функциональность гребенки в качестве сравнительного делителя частоты между переходом оптического рубидия в 384 ТГц и цезиевых часов, обеспечивая ссылку на 10 МГц», — сказал Маттиас Лезиус.
Хотя оптические часы, использовавшиеся в демонстрации, имели всего около одной десятой от точности атомных часов, используемых на современных спутниках, исследователи уже работают над новой версией, которая позволит повысить точность на несколько порядков.
Исследователи планируют отправить в космос усовершенствованную версию оптических часов в космос в конце 2017 года. На этот раз устройство не будет накрыто куполом, чтобы проверить, насколько хорошо он работает в условиях вакуума, который будет на спутнике. Инженеры также стремятся к дальнейшему улучшению сопротивления системы к жесткой космической радиации, чтобы гарантировать его стабильную работу в течение нескольких лет на орбите.
Ранее портал Научная Россия уже писал об опыте немецких ученых по созданию самых точных в мире часов.
[Фото: Airbus Defense & Space GmbH]
