Superexakta klockor – Galileos hjärtslag

Galileo constellation
10 maj 2007

Resenärer har förlitat sig på noggrann tidräkning för navigering sedan den marina kronometern utvecklades på 1700-talet. Galileo, Europas navigeringssystem för 2000-talet, förlitar sig också på klockor – men de är flera miljoner gånger mer exakta än de gamla föregångarna.

De operativa Galileo-satelliterna har med sig två typer av klockor – passiva vätemasrar (maser = microwave amplification by stimulated emission of radiation) och rubidiumatomur. Varje satellit utrustas med två vätemasrar, av vilka den ena fungerar som primär referens för generering av navigeringssignalerna medan den andra utgör en kall (icke-operativ) reservklocka.

Varje operativ satellit har också med sig två rubidiumklockor, av vilka den ena utgör en het (kontinuerligt i drift) backup-klocka för den operativa vätemasern och som ögonblickligen tar över om problem uppstår med masern så att signalgenereringen kan fortsätta utan avbrott. Den andra rubidiumklockan fungerar som en kall reservklocka.

GIOVE-A, Galileos verifieringssatellit som för närvarande är i drift i bana, har två rubidiumklockor ombord – en operativ och en kall reserv. GIOVE-B, som är planerad att tas i drift senare i år, har med sig två vätemasrar och två rubidiumklockor (en het och en kall reserv). Satelliten GIOVE-A2, som skall vara klar för uppskjutning under andra halvåret 2008, har med sig en liknande utrustning för tidmätning som GIOVE-A, men kommer att sända ytterligare navigeringssignaler.

Passive hydrogen maser under test
Passive Hydrogen Maser under test

Galileos passiva vätemasrar håller tiden med en noggrannhet på runt en nanosekund (en miljarddels sekund) på 24 timmar – motsvarande plus/minus en sekund på 2,7 miljoner år. Rubidiumklockorna har en noggrannhet på 10 nanosekunder per dag. Som jämförelse har en normal digital armbandsklocka en noggrannhet på cirka en sekund per dag.

Galileos passiva vätemaserklockor blir cirka en miljard gånger noggrannare än en digital armbandsklocka.

Behovet av noggrannhet

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

Användare av Galileo bestämmer sina positioner genom att mäta hur lång tid det tar för radiovågorna som skickas ut av satelliterna i Galileo-konstellationen att nå användarna. Radiovågor fortplantas med en hastighet på cirka 300 miljoner meter per sekund, vilket innebär att de färdas cirka 0,3 meter på en nanosekund. För att erbjuda en navigeringsnoggrannhet i storleksordningen en meter måste därför Galileos tidmätning ske med en precision på nanosekundnivå.

Som en biprodukt genom behovet av noggrann tidmätning vid satellitnavigering kommer Galileo också att kunna erbjuda andra tjänster där behov av noggrann tidmätning föreligger, t.ex. för tidstämpling av finansiella transaktioner.

Galileo är ett samarbete mellan ESA och EG. När Galileo är i full drift i början av nästa årtionde blir systemet det första civila positioneringssystemet som erbjuder global täckning.

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