Systém Galileo je založený na superpřesném čase
Evropský satelitní navigační systém Galileo, který představuje kombinaci družic stejně jako pozemních stanic, je v planetárním měřítku zdrojem superpřesného času. Stávající testování ukazuje, že systém dosahuje velmi dobrých výsledků: odchylku má průměru deset miliardtin sekundy.
Abychom si tuto hodnotu zasadili do širšího kontextu, tak světlo urazí za jedinou sekundu vzdálenost odpovídající sedminásobku obvodu planety Země.
Proč ale systém Galileo potřebuje dodávat časový signál s přesností v řádu miliardtin sekundy?
Protože světlo – stejně jako kterékoliv jiné elektromagnetické vlny včetně rádiových – cestuje pevně danou rychlostí. Ta je jen o něco méně, než 30 centimetrů za nanosekundu (miliardtinu sekundy). Přitom čas, který uplyne od vyslání signálu do okamžiku jeho zachycení přijímačem na zemi, může výrazným způsobem ovlivnit měření vzdálenosti. Vše, co přijímač musí udělat, je vynásobit dobu putování signálu rychlostí světla.
Přitom je nutné, aby přijímač „viděl“ nejméně čtyři družice: každá z nich pomůže stanovit zeměpisnou šířku a délku plus výšku a zajistit synchronizaci času.
Takže přesné časování je nezbytné pro přesné určení polohy. Úvodní testování systému Galileo s kvartetem družic IOV (In Orbit Validation) ukazuje, že horizontální přesnost určení polohy je po dobu 95 procent času lepší než 3 metry. Tato hodnota se přitom zlepší poté, co konstelaci doplní do konce letošního roku další družice.
Kromě toho se časový systém GST (Galileo System Time), který je k dispozici skrze družicový signál, stává důležitým nástrojem sám o sobě. Má se totiž stát synchronizačním nástrojem celosvětového bankovnictví, energetických či datových sítí a stejně tak referenčním časem pro vědecké týmy.
Největší výzvou přitom je udržování signálu GST ve stabilní formě. Stanovení GST by přitom nebylo možné bez využití nejnovějších výkonných atomových hodin, které využívají sledování přechodu atomů mezi přesně definovanými energetickými stavy jako své „tiky“.
Protože všechny atomy jednoho prvku a izotopu jsou identické, vytváří přesně definovatelné a shodné vysokofrekvenční mikrovlnné odpovědi, když přechází mezi stavy. Typicky k těmto přechodům dochází v řádu miliard za sekundu.
GST je determinovaný využitím sady aktivních vodíkových „maserových“ atomových hodin umístěných v zařízení GPTF (Galileo Precise Timing Facility) v italském městě Fucino. Průměrný výstup z těchto hodin o velikosti šálku kávy vytváří referenční čas pro celý systém Galileo.
Vlastní družice pak nesou menší a méně přesné rubidiové a pasivní vodíkové „maserové“ atomové hodiny o velikosti zhruba menší kancelářské ledničky. Tato navzájem se jistící dvojice udržuje přesnost času s odchylkou v řádu tří sekund na jeden milión let. Ovšem to samo o sobě nestačí k udržování ultravysoké přesnosti, které je třeba dosáhnout.
Proto jsou z pozemních stanic pravidelně vysílané korekce. Jakmile se celý systém stane plně operačním, bude se tak dít nejméně jednou každých sto minut. Díky tomu budou hodiny na družicích neustále plně v souladu s GST.
