A világ legprecízebb navigációs rendszere nem csak méter alatti helymeghatározási pontosságot biztosít közel 4 milliárd felhasználója számára, de rendkívül pontos időmeghatározást is kínál.
E pontosság megőrzésének elengedhetetlen feltétele az egyes műholdak fedélzetén elhelyezkedő atomórák megléte, amelyek pontossága a másodperc milliárdodnyi része. Azért nevezzük őket atomóráknak, mert a „ketyegésük” az atomok különböző energiaállapotok közötti nagyon gyors és stabil rezgéséből ered. A teljesítmény fenntartásához fontos, hogy a felszínen is minél pontosabb időmérés történjen, hogy a műholdak szinkronban maradhassanak és biztosítsák az időmérés stabilitását, ami elengedhetetlen a pontos helymeghatározáshoz.
Az Európai Űrügynökség (ESA) ESTEC technológiai központjában, Hollandiában folyamatos ellenőrzés alatt tartják a Galileo rendszeridejét, ami az európai műholdas navigációs rendszer kulcsa. Ehhez az ottani laboratóriumban is nagy teljesítményű atomórák állnak rendelkezésre, termikusan stabilizált környezetben. A nagyjából hűtőszekrény méretű atomórák gyűjteménye mára már több mint egy évtizede működik folyamatosan és biztosít pontos időzítést, még annak ellenére is, hogy a kezdetek óta átestek egy költözésen és újraszinkronizáláson is. Tovább növelték a rendszer robusztusságát és megbízhatóságát, amikor 2021 novemberében a németországi ESOC-ban (Europe Space Operations Centre), az ESA műveleti központjában lévő atomórákat is bevonták a rendszer fenntartásába.
Atomórák az ESA földi létesítményében. (Kép: ESA-SJM Photography)
A pontos helymeghatározás nem jöhet létre a precíz időmeghatározás nélkül, hiszen tulajdonképpen az időzítési információkat alakítjuk távolságokká a mérésünk során. A mérés elve ahhoz hasonlatos, ahogyan gyermekkorunkban a viharok alatt a villámlás és dörgés között eltelt másodpercek alapján próbáltuk kiszámolni, hogy a vihar milyen távolságra lehet tőlünk.
A Galileo műholdak a Föld felszínétől 23 222 km magasságban lévő pályáikon keringenek és olyan jeleket sugároznak felénk, amelyek időbélyegekkel vannak ellátva. Ha a Földön mérő felhasználó vevőkészüléke egyszerre négy vagy annál több jelet érzékel egyszerre, képes rögzíteni, megállapítani helyzetét. A vevőkészülék órájának és az időbélyeggel ellátott jel különbségének továbbszámításával megadható a készülék pozíciója. Ha az órák hibája mindössze 3 nanoszekundum, az már a helymeghatározásunkban több mint egy méteres pontatlanságot eredményez. Egyetlen másodpercnyi hiba pedig már azt jelenthetné, hogy a vevőkészülékünk a Holdon is lehetne.
A Galileo holdak egyik passzív hidrogén mézer atomórája a műhold rajzán megjelölve. Fölötte egy másik ugyanilyen, afölött pedig – tartalékképpen – két, valamivel gyengébb pontosságú rubídium atomóra található a fedélzeten. Stabilitásuk érdekében mindegyiket úgy helyezték el, hogy a lehető legkisebb hőingadozásnak legyenek kitéve. (Kép: ESA)
A műholdakon elhelyezett iker hidrogén mézer órák pontatlansága szerencsére az egy másodperces hibát 3 milliárd év alatt érné el. Rajtuk kívül még két független, kevésbé pontos rubídium órát is elhelyeztek, melyek pontossága egy milliárd év alatt 3 másodperc. A gyakorlatban azért ezek a fedélzeti órák idővel hajlamosak kissé elsodródni, ezért fontos, hogy a Galileo földi állomásai folyamatosan nyomon kövessék a műholdak jeleit és az esetleges hibákat azonnal azonosítsák. Ilyen esetben a hibákat egy frissített navigációs üzenetben kijavítják és továbbítják a műholdakra.
(Együttműködő partnerünk: Galileo blog, Lechner Tudásközpont, Kozmikus Geodéziai Obszervatórium) Kapcsolódó cikkek: Kapcsolódó linkek:
A rendszer lelke: hiperpontos órák
A Galileo növekedése
Még pontosabb Galileo
12 dolog, amit nem tudtál a Galileóról (1. rész)
12 dolog, amit nem tudtál a Galileóról (2. rész)
Galileo: nincs navigáció pontos időmérés nélkül
Az ESA újabb Galileo témájú infografikája az európai műholdas navigációs rendszer földi kiszolgáló létesítményeit mutatja be.
