טכנולוגיות PNT מבוססות חלל הן חלק קריטי מהתשתית הלאומית והן עומדות בבסיס חיי היומיום שלנו ממערכות תקשורת ותחבורה ועד לרשתות מחשבים.
עם זאת, קיים צורך המוכר כעת בחוסנות מוגברת של מערכות PNT עתידיות כדי לשמור ולשפר את דיוק התזמון על פני תקופות זמן ממושכות שבהן אובד סנכרון רציף לאותות שעון משעוני בסיס לווייני ניווט גלובליים. מניעת אותות כאלה יכולים לנבוע ממזג אוויר בחלל, תקלה במערכת או פעולה עוינת.
פתרון אחד הוא לפתח שעונים אופטיים חזקים וניידים עם גודל נמוך, משקל והספק (SWAP) בעלי דיוק טוב יותר ממערכות מיקרוגל. חלל אופטי מעוקב הניתן לפריסה בחלל טֶכנוֹלוֹגִיָה מהווה מרכיב מרכזי להשגת זה.
נכון לעכשיו, שעונים אטומיים על סיפון לווייני ניווט עולמיים משתמשים בקרינת מיקרוגל כדי להיצמד לתדרי ייחוס יציבים של ספיגת גלי מיקרוגל אטומיים מסוימים.
במהלך העשור האחרון, שעונים אטומיים אופטיים, שבהם לייזרים חוקרים וננעלים על ספיגה אטומית אופטית בתדרים גבוהים בהרבה, הוכיחו אי-ודאות מופחתת משמעותית ביחס לשעוני המיקרוגל.
הלייזרים בשעונים האופטיים צריכים בקרת תדרים מדויקת, ועבור "לייזר השעון", ייצוב מוקדם נוסף להשגת רוחבי קו צרים במיוחד. החלל האופטי המעוקב של NPL פועל כיחידת בקרת שעון אופטו-אלקטרונית קומפקטית ושומר על ייצוב התדרים של לייזר השעון וכל לייזר העזר הדרושים להפעלת השעון האופטי.
באמצעות פרויקט זה, הנתמך על ידי UKSA במסגרת תוכנית NAVISP של ESA, NPL תשפר את טכנולוגיית החלל המעוקב הנוכחית שלה כדי ליצור יחידת בקרת שעון נמוכה (LS-CCU) במיוחד לשימוש בשעונים אופטיים מהדור הבא עבור טכנולוגיות PNT.
המכשיר יעוצב לעמוד בפני קשיחות הטיסה בחלל ויעבור בדיקות מעבדתיות ראשוניות בתנאים מייצגים המדמים את אלו שנתקלים בחלל.
בעוד שפעילות זו מתמקדת בטכנולוגיית שעון אופטי בגודל נמוך, משקל והספק עבור PNT, ישנם מגוון יישומים פוטנציאליים אחרים עבור לייזרים מיוצבי חלל מעוקב בחלל, החל מטלקומוניקציה ועד לשינויי אקלים ופיזיקה בסיסית, בבחינה של החלל השונים. סוכנויות כמו נאס"א ו-ESA.
בנאס"א / ESA משימת כבידה של הדור הבא (NGGM) אמורה לצאת לדרך בסוף שנות ה-2020, ניתן להשתמש בלייזרים מיוצב חלל מעוקב NPL למדידת שדה הכבידה של כדור הארץ כפונקציה של מיקומו על פני כדור הארץ. משימה זו תהיה מורכבת משני לוויינים המקיפים את כדור הארץ ב-LEO ומופרדים על ידי ~ 100 ק"מ.
שינויים במרחק בין הלוויינים, הנמדדים באמצעות התערבות לייזר, משקפים שינויים ברמת הגיאואיד (גובה פני הים הנומינלי של האוקיינוס) עקב טופולוגיית מסת היבשה כאשר הלוויין הראשון עובר.
נתונים שנאספו ניזונים לתחזיות של שינויי אקלים ומספקים מידע המאפשר לקובעי מדיניות לאמץ אסטרטגיות הפחתה והסתגלות מתאימות.
במשימה העתידית של NASA/ESA לייזר אינטרפרומטר אנטנת חלל, שתוכננה בשנות ה-2030 של המאה ה-XNUMX, ניתן להשתמש בלייזרים מיוצבי חלל מעוקב של NPL כאסמכתא למדידות של גלי כבידה מבוססי חלל. החלל המעוקב יכול לספק התייחסות לתדר קצר טווח הן בציוד התמיכה הקרקעי והן בפוטנציאל בפריסת החלל.
משימות המשך פוטנציאליות מעבר הן ל-NGGM והן ל-LISA יכללו ככל הנראה טכנולוגיית שעון אופטי חלל מלא כדי לספק יכולת מיפוי נתוני כדור הארץ גדולה עוד יותר והזדמנויות מחקר בסיסיות בפיזיקה. יש גם ספין-אוף פוטנציאלי בתחום הטלקום העולמי הכולל שידור בנפח גבוה (ביג דאטה) בקצבי נתונים גבוהים, כאשר שעונים וחללים אופטיים בחלל דיוק גבוה יכולים לעמוד בבסיס ריבוי ערוצים צפוף יותר.
לאחר השלמת הפרויקט, ה-LS-CCU יספק בקר נייד בסיסי ללייזרי שעון אופטי.
סיירוס לאריג'אני, מנהל פיתוח עסקי אסטרטגי לחלל וגרעין, NPL, אמר, "החלל המעוקב של ה-NPL הוא חלק קריטי מהמטרות שלנו לספק שמירת זמן אטומית המבססת את הטכנולוגיות שהן חלק מחיי היומיום שלנו.
קליטת הטכנולוגיה של הדור הבא תשפר את מעמדה המוביל של בריטניה במערכות PNT מבוססות חלל".
סטפנו בינדה, מנהל NAVISP Element 1, ESA, אמר, "החוסן של מערכות PNT ויישומים חשובים אחרים תפיק תועלת משמעותית מהביצועים הצפויים יוצאי הדופן של שעונים אופטיים בחלל, ואני מאוד מרוצה מכך ש-ESA עובדת יחד עם NPL, אחד הביצועים הטובים ביותר. ארגון סמכותי במערכות שמירת זמן בעולם, לקראת פיתוח של יחידת בקרת שעון, אבן הבניין ההכרחית של שעון אופטי מתפקד במלואו".
דין תומס, מוביל טכני של PNT בסוכנות החלל הבריטית, אמר, "חיי היומיום שלנו תלויים במידע על מיקום, ניווט ותזמון (PNT) ממערכות ניווט לווייניות בתחבורה, תקשורת, הפצת אנרגיה ותגובת חירום. המימון שלנו לעבודה של NPL על שעונים אופטיים בחלל יגדיל את הגמישות והדיוק של מערכות אלו ויבטיח שהטכנולוגיה הבריטית נמצאת בחזית מערכות PNT מבוססות חלל.