Hypertarkat kellot – Galileon sykkivä sydän
Matkaajat ovat voineet luottaa navigoidessaan tarkkaan ajan mittaamiseen siitä lähtien, kun merikronometri kehitettiin 1700-luvulla. Myös Galileon, Euroopan 2000-luvun navigointijärjestelmän, toiminta perustuu kelloihin – mutta nämä kellot ovat miljoonia kertoja tarkempia kuin nuo ammoiset aikaraudat.
Operatiivisissa Galileo-satelliiteissa tulee olemaan kahdentyyppisiä kelloja: passiivisia vetymasereita ja rubidiumatomiin perustuvia taajuusstandardeja. Kukin satelliitti varustetaan kahdella vetymaserilla, joista toinen toimii ensisijaisena referenssinä suunnistussignaaleille ja toinen on passiivinen varakello (ei toiminnassa).
Jokaiseen operatiiviseen satelliittiin tulee myös kaksi rubidiumkelloa, joista toinen toimii operatiivisen vetymaserin aktiivisena (jatkuvasti käynnissä olevana) varakellona. Se siirtyy välittömästi toimintaan, jos vetymaser menee epäkuntoon. Näin signaalin lähettäminen jatkuu keskeytyksettä. Toinen rubidiumkello toimii passiivisena varalaitteena.
Tällä hetkellä toiminnassa olevassa Galileon testisatelliitissa GIOVE-A:ssa on kaksi rubidiumkelloa – toinen toiminnassa ja toinen passiivisena varalaitteena. GIOVE-B:ssä, joka on suunniteltu otettavaksi käyttöön tänä vuonna, on yksi vetymaser ja kaksi rubidiumkelloa, joista toinen on aktiivinen ja toinen passiivinen varalaite. GIOVE-A2-satelliitti laukaistaan vuoden 2008 jälkipuoliskolla. Siinä on samanlainen ajanottojärjestelmä kuin GIOVE-A:ssa, mutta se lähettää myös muita navigaatiosignaaleja.
Galileon passiivisten vetymaserien tarkkuus on noin yksi nanosekunti (yksi tuhannesmiljoonasosa sekuntia) 24 tunnissa – tämä vastaa sekunnin heittoa 2,7 miljoonassa vuodessa. Rubidiumkellojen heitto on korkeintaan 10 nanosekuntia päivässä. Vertailun vuoksi voidaan mainita, että tavallisten digitaalirannekellojen tarkkuus on noin yksi sekunti vuorokaudessa.
Galileon passiiviset vetymaserkellot ovat noin tuhat miljoonaa kertaa tarkempia kuin digitaalinen rannekello.
Tarkkuutta tarvitaan
Satelliittipaikannuksen periaatteen mukaisesti Galileon käyttäjät määrittävät sijaintinsa mittaamalla, kuinka kauan kestää, ennen kuin Galileo-satelliiteista lähteneet radioaallot saavuttavat heidät. Radioaallot kulkevat noin 300 miljoonaa metriä sekunnissa, mikä on siis noin 0,3 metriä nanosekunnissa. Jotta navigointitarkkuus olisi metrin suuruusluokkaa, Galileon ajanmittaus on tehtävä nanosekunnin tarkkuudella.
Satelliitin navigointitarpeen vaatiman tarkan ajanmittauksen sivutuotteena Galileo pystyy tarjoamaan myös tarkkaa aikapalvelua esimerkiksi maksutapahtumien aikaleimaamiseen.
Galileo on ESAn ja Euroopan komission yhteishanke. Järjestelmä tulee olemaan ensimmäinen maailmanlaajuinen siviilikäyttöinen paikannusjärjestelmä, kun se otetaan kokonaan käyttöön ensi vuosikymmenen alussa.
