Galileo má být nejpřesnější satelitní navigace současnosti. K tomu však potřebuje perfektně fungující atomové hodiny, které má každá družice na palubě. Ale na ně se nyní Galileo nemůže spolehnout. Už devatero atomových hodin ve vesmíru vypovědělo službu a inženýři Agentury pro evropský navigační systém (GSA) zatím nevědí, proč se tak stalo.
Když atomové hodiny přestanou fungovat...Na družici jsou zapnuty jen jedny vodíkové a jedny rubidiové (záložní) hodiny. Za normálních podmínek budou zapnuté vodíkové „maserové“ hodiny (maser = Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) produkovat referenční frekvenci, na základě které bude generován navigační signál. Pokud ale vodíkové hodiny selžou, rubidiové hodiny v provozu okamžitě převezmou funkci vodíkových hodin a spustí se dvoje zbývající (rezervní) hodiny. Pokud se bude problém selhání vodíkových hodin týkat pouze jich, druhé vodíkové hodiny převezmou funkci rubidiových hodin po několika dnech (až budou plně provozuschopné). Rubidiové hodiny se vrátí zpět do funkce záložních anebo rezervních hodin. Zdroj: Český kosmický portál |
V polovině prosince minulého roku přitom vše vypadalo, že evropský navigační systém nemůže nic zastavit. To byl spuštěn omezený provoz s označením Galileo Initial Services. Necelý měsíc před tím se na oběžnou dráhu dostaly hned čtyři družice najednou. Systém jich tak má ve vesmíru 18 z plánovaných třiceti, a i když si vypomáhá u konkurence, byl to úspěch. Ten se však může měnit v noční můru.
Nyní se musí inženýři soustředit na nově vzniklý problém. Jak uvádí server BBC, právě atomové hodiny vypovídají poslušnost. Tedy devět přístrojů ze 72. Troje z nich jsou méně přesné atomové hodiny s rubidiem, ale šestero z nich je právě oněch nových vodíkovo-maserových (hydrogen maser) hodin, které přinášejí vyšší přesnost. „Nevíme, jestli dokážeme jejich funkci obnovit, na to je příliš brzy,“ uvedl na dnešním tiskovém setkání šéf ESA Johann-Dietrich Wörner.
Naštěstí je vše zálohované a každá družice nese dvojici rubidiových a vodíkovo-maserových atomových hodin. Zatím tedy všech osmnáct družic funguje, ale jedna z nich už má problém se dvěma zařízeními, takže další výpadek by znamenal problémy.
Pokračovat podle plánu a riskovat chybu?
V centrále Galilea i v Evropské kosmické agentuře (ESA) tak nyní řeší i to, zda na oběžnou dráhu vyslat podle plánu další satelity, nebo lety odsunout, než se zjistí, kde je chyba.
„Pokud nové satelity vypustíme, dokážeme alespoň udržet, ne-li zvýšit současné schopnosti Galilea, ale můžeme tím riskovat, že se jedná o systematickou chybu,“ doplnil Wörner. Pokud by totiž chyba byla v konstrukci družic, mohla by se týkat i dalších, a ESA by tak na oběžnou dráhu posílala hodiny odsouzené ke krátkému fungování.
„Měli bychom najít společnou příčinu, nebo bychom měli pokračovat ve startech? Dá se na to dívat z obou stran. Diskutujeme, kterou možnost zvolit.“ Johann-Dietrich Wörner, šéf Evropské vesmírné agentury |
„Měli bychom najít společnou příčinu, nebo bychom měli pokračovat ve startech? Můžete se na to podívat z obou stran,“ ukázal Wörner. „Můžete říci, že bychom měli počkat, dokud nenajdeme řešení, ale to znamená, že pokud selže ještě vícero hodin, omezí se schopnosti navigace Galileo.(...) Nyní diskutujeme, co zvolit.“
Většina poruch vodíkových hodin je na satelitech, které byly původně vyslány k testování systému (In Orbit Validation - IOV), zatímco všechny troje problémové rubidiové hodiny jsou na družicích určených k doplnění sítě (Full Operational Constellation - FOC). V konečném součtu tak problém zasáhl tři ze čtyř kontrolních satelitů IOV a dva ze čtrnácti FOC satellitů.
Technické centrum ESTEC v Nizozemsku se snaží analyzovat příčinu a zjistit, zda bude možné hodiny znovu zprovoznit. ESA je také v kontaktu s Indickou vesmírnou agenturou, která používá stejné hodiny ve svém satelitním navigačním systému. Indové podobné selhání zatím nezaznamenali.
Proč jsou přesné hodiny důležité
Přesné hodiny jsou nutné kvůli správné synchronizaci. Ta je vypočítána na základě družicového signálu, který má přijímat asi tři desítky pozemních monitorovacích stanic. Ty určí vzdálenost družic vůči stanici a informace dále předají do hlavní řídicí stanice (v německém Oberpfaffenhofenu a italském Fucinu).
Evropský navigační systém Galileo
Tam se vypočtou přesné údaje drah satelitů, jež se s korekcemi atomových hodin pro každou z družic odešlou do stanic pro komunikaci s družicemi, odkud se minimálně jednou denně vyšlou na jednotlivé satelity. Z družic se pak vysílají přesné údaje o času k uživateli.
Druhá družice pomůže upřesnit čas a také omezí možnost, kde se přijímač nachází, na průnik dvou koulí (zde zelená kružnice). Teprve třetí družice umožní určit polohu na jeden ze dvou bodů (a jeden bude zřejmě zcela mimo zemský povrch).
V zařízení uživatele pak probíhá výpočet aktuální polohy na základě odchylky mezi jednotlivými informacemi o času z jednotlivých družic. Protože poloha družic je známá, čip v zařízení dokáže už ze tří dostupných družic odvodit svou vlastní polohu. Informace z dalších družic pak přispívají k vyšší přesnosti určené polohy (více v našem článku).
Přijímací zařízení nemá k dispozici atomové hodiny, a tak si čas „přebírá“ (dopočítává) z atomových hodin na palubě navigačních družic. Pro to, aby navigační systém fungoval, musejí být tyto hodiny až neuvěřitelně přesné. Pro přesnost v řádu centimetrů (kterou Galileo slibuje) je potřeba, aby byly hodiny na palubě družic precizní na nanosekundy (tedy miliardtiny sekundy, 0,000000001 s).
24. května 2016 |
Aktualizace: Článek jsme rozšířili o podrobnosti týkající se fungování systému a doplnili citáty šéfa ESA. Opravili jsme drobné chyby a nepřesnosti.
