Hypernauwkeurige klokken - het kloppend hart van Galileo

Galileo constellation
10 mei 2007

Reizigers vertrouwen al sinds de ontwikkeling van de scheepschronometer in de achttiende eeuw op nauwkeurige tijdregistratie. Galileo, Europa’s navigatiesysteem van de 21ste eeuw, vertrouwt ook op uurwerken. Alleen zijn die miljoenen keer zo nauwkeurig als hun voorgangers.

De Galileo-satellieten hebben twee soorten klokken aan boord: passieve waterstofmasers en rubidium atoomklokken. Elke satelliet krijgt twee waterstofmasers. De één doet dienst als primaire referentie voor het genereren van de navigatiesignalen. De ander als koude (niet-operationele) reserve.

Verder wordt elke satelliet voorzien van twee rubidium atoomklokken. Eén daarvan draait op de achtergrond als backup voor de operationele waterstofmaser. Bij een storing springt deze klok direct in, zodat de signalen ononderbroken worden doorgegeven. De andere rubidiumklok fungeert als koude reserve.

Passive hydrogen maser under test
Passive Hydrogen Maser under test

De eind 2005 gelanceerde GIOVE-A (Galileo In-Orbit Validation Element) telt twee rubidiumklokken, de één operationeel en de ander als koude reserve. GIOVE-B, die later dit jaar in werking wordt gesteld, heeft één waterstofmaser en twee rubidiumklokken, een warme en een koude reserve. De GIOVE-A2 satelliet, die in de tweede helft van volgend jaar klaar is voor lancering, heeft dezelfde klokken als GIOVE-A maar zendt andere navigatiesignalen uit.

De passieve waterstofmasers van Galileo zijn nauwkeurig tot op ongeveer een nanoseconde (één miljardste seconde) in 24 uur - wat overeenkomt met een seconde in 2,7 miljoen jaar. De rubidium klokken zijn nauwkeurig tot tien nanoseconden per dag. Ter vergelijking: een gewoon polshorloge heeft een nauwkeurigheid van ongeveer één seconde per dag.

De passieve waterstofmasers van Galileo zijn ongeveer een miljard keer zo nauwkeurig als een digitaal polshorloge.

De behoefte aan precisie

GIOVE-B in orbit (artist's impression)
GIOVE-B in orbit (artist's impression)

Wie met behulp van Galileo zijn plaats bepaalt, doet dat in feite door te meten hoe lang het duurt voordat de door Galileo-satellieten uitgezonden radiogolven hem bereiken. De snelheid van radiogolven is ongeveer 300 miljoen meter per seconde. In één nanoseconde leggen ze dus ongeveer 0,3 meter af. Om navigatie tot ongeveer een meter nauwkeurig te maken, moet Galileo de tijd dus meten in de orde van een nanoseconde.

Als bijproduct van de behoefte aan nauwkeurige tijdregistratie kan Galileo ook dienst doen om de exacte tijd door te geven voor andere doeleinden, bijvoorbeeld de tijdstempels van financiële transacties.

Galileo is een gezamenlijk initiatief van ESA en de Europese Commissie. Eenmaal volledig operationeel in de eerste jaren van het volgende decennium is Galileo het eerste burgerlijke satellietnavigatiesysteem met wereldwijde dekking.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.