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光学时钟在太空中的首次测试

2021-12-25 06:49

本文摘要:这是史上第一次将光学钟表送到太空,在经历了火箭发射时的危险条件后,希望它不会被破坏,像卫星一样在微重力条件下工作良好。这个展示为了构筑宇宙空间中的光学时钟技术更进一步,最后可以应用于精度超过厘米级的基于GPS的导航系统的定位。在美国光学学会影响力较高的学术研究期刊《Optica》上,研究者明确提出的新研究结果是紧凑、强大和自动激光频率巴里系统,这也是开展空间光学钟表操作者的关键。频率巴里是以光学频率工作的钟表滴答作响的齿轮。

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这是史上第一次将光学钟表送到太空,在经历了火箭发射时的危险条件后,希望它不会被破坏,像卫星一样在微重力条件下工作良好。这个展示为了构筑宇宙空间中的光学时钟技术更进一步,最后可以应用于精度超过厘米级的基于GPS的导航系统的定位。在美国光学学会影响力较高的学术研究期刊《Optica》上,研究者明确提出的新研究结果是紧凑、强大和自动激光频率巴里系统,这也是开展空间光学钟表操作者的关键。频率巴里是以光学频率工作的钟表滴答作响的齿轮。

我们的设备代表了未来天基仪器表和计量发展的基础,MenloSystems有限公司的MatthiasLezius先生解释说这是这篇论文的第一位作者。光学钟表的空间表现与地面表现一样,表明我们的系统工程运营得很好。

利用时间的定位电话和其他具有全球定位系统功能的设备必须连接至少装有四个原子钟的卫星,以查明你在地球上的方位。这些卫星分别取得时间戳,系统根据这些时间比较的差异计算你的方位。2020-03-30卫星使用的原子钟是基于铯原子自然变动的频率,即微波波段的电磁光谱。

光时钟用于波动频率比微波低100000倍的原子和离子,处于光频率和红外线,一部分位于电磁光谱。更高的频率意味着著光学钟表的滴答速度比微波原子钟慢,因此可以取得100倍到1000倍的时间戳,大大提高了全球定位系统的精度。因为频率巴里是光时钟最重要的组成部分,像齿轮一样把光时钟慢的波动分解成低频,连接到基于微波的参照原子钟。

换句话说,频率巴里可以准确地测量光学波动,作为取得时间。直到最近,频率谷在实验室里已经是非常大和简单的设置了。

Lezius和他是门罗系统公司的团队,开发了几乎自动化的光学频率巴里。2214.2厘米,只有22公斤重。这家公司是诺贝尔奖获得者T.W.H吗? nsch在马克斯普朗克量子光学研究所研究小组的衍生公司。

新的频率巴里是基于光纤的,不足以受到远离地球时极端加速度产生的力和温度变化的影响。其功耗超过70瓦,不足以满足卫星设备的拒绝。

宇宙旅行的研究者结合了他们的新频率巴里和铯原子钟,从柏林费迪南德布朗研究所、柏林洪堡大学和汉堡大学最近转到迈因斯大学的研究者开发了铷原子钟。航空客防卫和空间有限公司参加了这项研究的建设、模块和空间有效载荷模块的构建,获得了飞行中的装备和反对。2015年4月,整个系统乘坐研究火箭经过6分钟的抛物线轨迹飞行飞往宇宙。

这次是作为瑞典雅斯兰吉宇宙中心TEXUS项目的一部分研究展开的。进入微重力状态后,系统不会自动启动,地面站会通过低比特率无线链路开始控制。

实验证明,频率巴里的功能是384兆赫获得瞬态光学铷和参照的10兆赫铯原子钟的比较分频器,Lezius说。展示中使用的光学钟表约是现在全球定位系统卫星中使用的原子钟精度的十分之一,但研究者已经用著手开发了新版本,提高了数位精度。来自宇宙的全球传感频率谷的高度准确的测量可能会构建很多简单的应用。

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例如,基于空间频率的巴里可以提高地球卫星温室气体遥测的准确性,可以用作空间引力波检测器。基于频率巴里的应用对将来的天基光学钟表、精密测量、地球观测技术等非常重要,Lezius说。基于频率谷的空间技术处于缓慢发展的阶段。

研究者计划在2017年底建立光学钟表的改进版。在这个实验中,将频率巴里模块配置在冷却的圆顶内,展开了适合真空条件下的工作状态,即卫星上的环境的测试。研究者还试图进一步提高系统外用危险的宇宙电磁辐射的性能,使其在轨道上运营几年。

短短几年内,Lezius和他的团队研究目标宣布将在空间中构建合格的频率排球模块,用于未来空间的任务和多种应用。他们的目标是从体积约3升到重量数公斤,建立具有约10瓦功耗的设备。


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