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NASA为卫星开发新时钟 准确度可达十亿分之一秒

[日期:2017-03-29] 来源:techradar  作者:腾讯数码(易静) [字体: ]

  在太空,有些事发生时进展很慢很慢,有些很快很快。对于一些很慢的事件,我们用老技术计时,也就是日历和时钟。如果事情发展速度很快,日历和时钟显然派不上用场,因为一件事的发生可能只有几十亿分之一秒。

  NASA工程师设计ICESat-2(冰、云和陆地高程卫星2号)时就碰到了这样的问题,ICESat-2主要用来测量不同目标物的高度,比如海上浮冰、冰川、冰原、森林、云的高度。

 

  为了确保测量足够精准,NASA开发了名叫ATLAS(Advanced Topographic Laser Altimeter System)的先进仪器,它能发射6条绿光激光。激光射向地表,反弹回来,当地表的高度不同时,反弹回来花费的时间也会不同。

  新问题出现了。ICESat-2项目副主任汤姆·诺伊曼(Tom Neumann)解释说:“光速非常非常快,如果你想用光测量几厘米的距离,所用的时钟必须足够好。”

  于是NASA造了一块“足够好”的时钟,它的精准度达到十亿分之一秒。NASA研究人员对激光的少量光子重新定向,让它们射入脉冲探测器,此时时钟就会启动,它会告诉卫星,让卫星记住自己在太空中的位置。

  接下来,由于我们已经掌握了一些地表地形的高度信息,系统可以根据信息进行估计,计算出激光脉冲信号返回需要的时间。例如,如果激光射在喜马拉雅山脉,返回的时间会比射在荷兰短。

  脉冲返回之后,它会穿过一个过滤器,过滤器将多余的光子剔除,只留下那些与绿色激光匹配的光子。

NASA为卫星开发新时钟 准确度可达十亿分之一秒

  接下来,研究人员用超稳定振荡器测量激光返回所用的时间,超稳定振荡器是一个超小晶体,每秒摇摆1亿次。再然后,光子计数器用电子设备对时钟的摇摆进行细分,获得更精准的数据,准确度可以达到几百皮秒,一皮秒相当于百亿分之一秒。

  将此过程不断重复,一秒重复几百次,对同一地域进行多次测量,就可以进一步提高精准度,知道地表地形的准确高度。

  2018年ICESat-2就会发射升空,上面安装了ATLAS系统。

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