Microchip hat kürzlich eine verbesserte, strahlungsresistente, ultra-kompakte Atomuhr für den Einsatz im Weltraum vorgestellt, die auch bei einem Ausfall der externen Satellitennavigationssignale eine präzise Zeitreferenz für kleine Raumfahrzeuge wie Low Earth Orbit Satelliten und CubeSats aufrechterhalten kann. Dieses neue Produkt mit dem Namen Space CSAC-SA65 wurde am 14. dieses Monats offiziell vorgestellt und ist nun im Verkauf.
Das Funktionsprinzip der Atomuhr basiert auf der intrinsischen Schwingungsfrequenz von Atomen wie Cäsium zur Zeitmessung. Der größte Vorteil liegt in der extrem niedrigen Fehlerquote, die theoretisch auf nur eine Sekunde Abweichung über Millionen von Jahren erreicht werden kann. Frühe Atomuhren waren groß und benötigten den gesamten Rackplatz, aber mit dem Fortschritt der Halbleitertechnik wurden die Geräte kontinuierlich verkleinert, bis sie schließlich auf Chip-Ebene komprimiert wurden, weshalb sie als Chip-Scale Atomic Clock (CSAC) bezeichnet werden. Das von Microchip vorgestellte neue Produkt ist eine Upgrade-Iteration des bestehenden CSAC-SA45 Modells.
Space CSAC-SA65 verbessert die Strahlungsresistenz und den Betriebstemperaturbereich
In Bezug auf die Kernleistung ist die auffälligste Verbesserung der Space CSAC-SA65 die Strahlungsresistenz. Die vorherige CSAC-SA45 konnte eine minimale Strahlendosis von 20 Kilorad aushalten, während dieser Wert bei dem neuen Modell auf mindestens 30 Kilorad erhöht wurde. Kilorad ist eine Einheit zur Messung der kumulierten Strahlungsaufnahme; ein höherer Wert bedeutet, dass das Gerät in der Lage ist, länger in einer Umgebung mit Weltraumstrahlung zu arbeiten. Gleichzeitig wurde der Betriebstemperaturbereich des neuen Modells von zuvor -10 Grad Celsius bis +70 Grad Celsius auf -40 Grad Celsius bis +80 Grad Celsius erweitert, was die Anwendbarkeit in verschiedenen Umgebungen weiter vergrößert.
In Bezug auf Größe und Stromverbrauch hält das neue Modell ähnliche Werte wie die Vorgängerversion. Es hat ein Volumen von weniger als 17 Kubikzentimetern und einen Stromverbrauch von unter 120 Milliwatt, was es ermöglicht, die Atomuhr erfolgreich in kleine Satellitenplattformen mit begrenztem Volumen zu integrieren, sodass die Zeitmessgenauigkeit auf Atomuhren-Niveau nicht mehr nur eine exklusive Ausstattung für große Raumfahrzeuge ist.
Für Satelliten ist eine präzise Zeitreferenz die Grundlage für Kommunikation, Positionierung und Navigationsberechnungen. Normalerweise verlassen sich Raumfahrzeuge auf Signale globaler Navigationssatellitensysteme (GNSS) wie GPS, um die Zeit zu erhalten. Wenn sie jedoch in eine Umgebung eintreten, in der das Signal nicht abgedeckt ist oder gestört wird, müssen sie auf die an Bord befindlichen hochpräzisen Uhren zurückgreifen, um die Zeit selbstständig aufrechtzuerhalten. Mit einer Chip-Scale Atomic Clock ausgestattet, kann der Satellit auch ohne externe Zeitreferenz für eine gewisse Zeit ausreichend Synchronisation und Zeitmessgenauigkeit aufrechterhalten.
Randy Bluzinski, Vice President der Frequenz- und Timing-System-Sparte von Microchip, erklärte, dass selbst die kleinsten CubeSats die Präzision einer Atomuhr nutzen können. Dieses Produkt kann den Nutzern helfen, Synchronisation und Zeitgenauigkeit aufrechtzuerhalten, auch in Umgebungen, in denen externe Zeitreferenzen nicht verfügbar sind. Seine Aussage hebt den Kernwert des CSAC-SA65 hervor, nämlich die ursprünglich teuren, raumfahrttauglichen Zeitmessfähigkeiten auf kleinere, kostengünstigere Satellitenplattformen zu übertragen.