Американские военные разрабатывают портативные атомные часы с точностью до триллионной доли секунды

Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) объявило о новой четырехлетней программе под названием Robust Optical Clock Network (ROCkN), в рамках которой планируется разработать компактные, надежные оптические атомные часы, которые можно было бы разместить в военном самолете, боевом корабле или военной палатке. В рамках ROCkN DARPA ищет партнеров.

По словам американских военных, точность синхронизации необходима везде: от систем связи до управления воздушным движением и финансовыми сетями. В военных операциях требуется наносекундная точность, чтобы боевые корабли могли стрелять из оружия с высокой скоростью и на экстремальные дистанции. Даже ошибка в одну миллиардную долю секунды может привести к тому, что ракета не попадет в цель. Основными источниками точного времени являются глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS), включая глобальную систему позиционирования (GPS). Спутники GPS имеют встроенные атомные часы, которые передают точное время по всему миру и регулярно сверяются с главными часами Военно-морской обсерватории США (USNO). Но у этой технологии есть ограничения, а сигнал GPS способен заглушить противник.

Все использующиеся атомные часы работают с использованием микроволновых атомных переходов, где луч микроволн используют для измерения частоты колебания атомов (например, цезия), по мере изменения их энергетического состояния. Их погрешность составляет 1 секунду в 31,71 млн лет. В рамках ROCkN сосредоточатся на разработке технологии точной синхронизации на основе оптических атомных переходов. В них микроволны заменены лучом света, что повышает точность в 100 раз. Такие часы не сбились бы ни секунду за все время существования Вселенной — свыше 13 млрд лет.

Программа разделена на две технические области: первая направлена ​​на разработку надежных, высокоточных портативных оптических часов небольшого размера, которые можно было бы разместить на истребителе или спутнике. Они должны обеспечить пикосекундную (триллионная доля секунды) точность в течение 100 секунд и выдерживать температуру, ускорение и вибрационный шум.

Вторая — сосредоточена на создании более крупных, но передвижных оптических часов с беспрецедентной производительностью. Они должны быть таких габаритов, чтобы уместиться на корабле или в полевой палатке, и обеспечить наносекундную точность в течение 30 дней при отсутствии GPS.

Программа ROCkN разделена на две двухлетние фазы. На первом этапе исполнители разработают физический пакет для демонстрации технологии, а на втором — им поручат разработать полностью рабочие часы. Затем будет полевая демострация.

В 2019 году ракета Falcon Heavy доставила на орбиту Земли атомные часы для глубокого космоса Deep Space Atomic Clock. Специалистам Лаборатории реактивного движения NASA потребовалось 20 лет, чтобы разработать технологию и убедиться, что она в 50 раз точнее, чем часы GPS. Погрешность составляет примерно в 1 секунду в 10 млн лет. Демонстрация технологии завершилась в сентябре 2021 года. Часы проработали намного дольше, чем планировалось, побив рекорд стабильности в космосе.

Источник