우주 기반 PNT 기술은 국가 인프라의 중요한 부분이며 통신 및 운송 시스템에서 컴퓨터 네트워크에 이르기까지 우리 일상 생활을 뒷받침합니다.
그러나, 글로벌 항법 위성 마스터 클록으로부터의 클록 신호에 대한 지속적인 동기화가 손실되는 장기간에 걸쳐 타이밍 정확도를 유지하고 개선하기 위해 미래 PNT 시스템의 견고성 증가에 대한 필요성이 현재 인식되고 있습니다. 이러한 신호 거부는 우주 기상, 시스템 오작동 또는 적대적인 행동으로 인해 발생할 수 있습니다.
한 가지 해결책은 마이크로파 시스템보다 정확도가 더 낮은 크기, 무게, 전력(SWAP)을 갖춘 견고하고 휴대 가능한 광학 시계를 개발하는 것입니다. 공간 배치가 가능한 큐빅 광학 공동 technology 이를 달성하기 위한 핵심 구성 요소입니다.
현재 지구 항법 위성에 탑재된 원자 시계는 마이크로파 방사선을 사용하여 특정 안정적인 원자 마이크로파 흡수 기준 주파수를 고정합니다.
지난 10년 동안 레이저가 훨씬 더 높은 주파수에서 광학 원자 흡수를 조사하고 고정하는 광학 원자 시계는 마이크로파 시계에 비해 불확실성이 크게 감소한 것으로 나타났습니다.
광학 시계의 레이저는 정밀한 주파수 제어가 필요하며 "시계 레이저"의 경우 매우 좁은 선폭을 달성하기 위한 추가 사전 안정화가 필요합니다. NPL의 큐빅 광 캐비티는 소형 광전자 클록 제어 장치 역할을 하며 클록 레이저와 광 클록 작동에 필요한 모든 보조 레이저의 주파수 안정화를 유지합니다.
ESA의 NAVISP 프로그램에 따라 UKSA가 지원하는 이 프로젝트를 통해 NPL은 현재의 입방 캐비티 기술을 강화하여 특히 PNT 기술용 차세대 광 시계에 사용하기 위한 낮은 SWAP 클록 제어 장치(LS-CCU)를 만들 예정입니다.
이 장치는 우주 비행의 혹독한 상황을 견딜 수 있도록 설계되었으며 우주에서 마주치는 조건을 에뮬레이트하는 대표적인 조건에서 예비 실험실 기반 테스트를 거쳤습니다.
이 활동은 PNT를 위한 소형, 중량 및 전력 광학 시계 기술에 초점을 맞추고 있지만, 다양한 우주에서 고려 중인 통신부터 기후 변화 및 기본 물리학에 이르기까지 우주에서 입방 공동 안정화 레이저에 대한 다양한 잠재적 응용 분야가 있습니다. NASA, ESA 등의 기관.
NASA/ESA에서는 2020년대 후반에 발사 예정인 차세대 중력 미션(NGGM), NPL 입방 공동 안정화 레이저는 지구 표면 위치의 함수로 지구의 중력장을 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 이 임무는 LEO에서 지구 궤도를 돌며 약 100km 떨어진 두 개의 위성으로 구성됩니다.
레이저 간섭계를 사용하여 측정한 위성 사이의 거리 변화는 첫 번째 위성이 지나갈 때 육지 지형으로 인한 지오이드 고도(공칭 해양 해수면)의 변화를 반영합니다.
수집된 데이터는 기후 변화 예측에 반영되며 정책 입안자가 적절한 완화 및 적응 전략을 채택할 수 있도록 정보를 제공합니다.
2030년대에 계획된 향후 NASA/ESA 레이저 간섭계 우주 안테나 임무에서는 NPL 입방 공동 안정화 레이저가 우주 기반 중력파 측정을 위한 기준으로 사용될 수 있습니다. 입방체 공동은 지상 지원 장비와 잠재적으로 우주 배치 모두에서 단기 주파수 기준을 제공할 수 있습니다.
NGGM과 LISA를 넘어서는 잠재적인 후속 임무에는 훨씬 더 뛰어난 지구 데이터 매핑 기능과 기초 물리학 연구 기회를 제공하기 위한 전체 공간 광학 시계 기술이 포함될 가능성이 높습니다. 고용량(빅 데이터) 고속 데이터 전송과 관련된 글로벌 통신 분야에서도 고정밀 공간 광학 클록 및 캐비티가 보다 조밀한 채널 다중화를 뒷받침할 수 있는 잠재적 분사가 있습니다.
프로젝트가 완료되면 LS-CCU는 광학 시계 레이저용 기본 휴대용 컨트롤러를 제공할 것입니다.
NPL의 우주 및 핵 전략 사업 개발 관리자인 Cyrus Larijani는 다음과 같이 말했습니다. “NPL 입방 공동은 일상 생활의 일부인 기술을 뒷받침하는 원자 시간 측정을 제공하려는 우리 목표의 중요한 부분입니다.
차세대 기술의 활용은 우주 기반 PNT 시스템에서 영국의 선도적 위치를 강화할 것입니다.”
ESA의 NAVISP Element 1 관리자인 Stefano Binda는 "PNT 시스템 및 기타 중요한 응용 프로그램의 견고성은 우주 광학 시계의 뛰어난 기대 성능으로 인해 상당한 이점을 얻을 것입니다. ESA가 가장 뛰어난 기술 중 하나인 NPL과 협력하게 되어 매우 기쁩니다. 완전한 기능을 갖춘 광학 시계의 필수 구성 요소인 시계 제어 장치를 개발하기 위해 전 세계 시간 계측 시스템의 권위 있는 조직입니다.”
영국 우주국의 PNT 기술 책임자인 Dean Thomas는 "우리의 일상 생활은 운송, 통신, 에너지 분배 및 비상 대응 분야에서 위성 항법 시스템의 위치, 항법 및 타이밍(PNT) 정보에 의존합니다."라고 말했습니다. 우주 광학 시계에 대한 NPL의 작업에 대한 우리의 자금 지원은 이러한 시스템의 탄력성과 정확성을 높이고 영국 기술이 우주 기반 PNT 시스템의 최전선에 있도록 보장할 것입니다.