太空飛行需要精確的定位~

在太空中駕駛宇宙飛船，能體驗探測地球之外空間的樂趣。但宇宙飛行不是普通的駕車行駛，需要極為精確的時間定位，才能在無比廣闊的深太空之中不迷失航向。為此，美國航空航天局（NASA）將於今年向太空發射原子鐘，為提高宇航技術做準備。

航空航天局解釋，準確的計時對於導航至關重要，但是許多航天器缺少這種技術。太空飛行計時器不能採用一般的手錶和掛鐘。

精確度極高的原子鐘能滿足這種特殊要求。航空航天局已經研製出四片麵包機大小的深太空原子鐘（DSAC），今年將向太空發射一台。

深太空原子鐘通訊模式圖（NASA）

原子鐘結構模式圖（NASA）

深太空原子鐘研究項目的首席研究員托德‧埃利（Todd Ely）說：「我們需要利用無線電信號進行太空導航，根據信號在空間傳播的情況來測量那麼長的太空飛行距離。

「對導航距離的精確度要求是一米或更高標準。無線電信號以光速傳播，這意味著我們所測得的飛行時間精確度為納秒（10億分之一秒）。

「幾十年來在地面上一直採用原子鐘，而在太空中完全依靠深太空原子鐘。」

地面與太空中宇宙飛船的通訊有時間延遲的弊端。（NASA視頻截圖）

宇宙飛船與地面之間的通訊模式圖。（NASA視頻截圖）

其原理是利用汞離子阱技術。20年來，航空航天局一直在加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進實驗室裡研製和完善這種原子鐘。地面使用的飛船導航原子鐘大約是小冰箱大小。

航空航天局解釋，大多數導航任務依靠地面天線和原子鐘的相互配合。地面天線向航天器發送信號，以及接收航天器返回的信號。計算信號發送和接收的時間差，即可確定飛船的位置、速度和飛行路線。

這種方法雖然可靠，但存在很多通訊困難。因為太空的距離非常遙遠，即使無線電信號光速飛行，也需要一定的時間，有時甚至需要幾個小時，才能完成地面與飛船之間的溝通。

宇宙飛船需要將天線對向地球。（NASA視頻截圖）

宇宙飛船之間的通訊模式圖。（NASA視頻截圖）

這樣不利於飛船立即處理遭遇的實際情況。而且，地面導航儀只能一次跟蹤一架航天器，以及飛船有時為了將天線指向地球而必須調整位置等，種種不便。

航空航天局表示，深太空原子鐘能夠解決這些難題，可以免去地面與飛船之間溝通的時間延遲，而更精確、更靈活地處理飛行情況。

這種新型的深太空原子鐘還可提高GPS定位精確度，比目前的衛星GPS的精準度高50倍，因此可能會改善我們日常生活中使用的GPS的性能。

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