Sciencemag.cz
Doporučujeme
Na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) právě spouštějí zařízení kompletně vyvinuté v Česku – detektor ELT (European Laser Timing) navrhli a testovali odborníci z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT, výrobu „železa“ obstarala kroměřížská společností CSRC, nyní součást firmy BD Sensors. ELT je očima evropského experimentu ACES (Atomic Clock Ensemble in Space) – soustavy extrémně přesných atomových hodin, které se zaměří na přesné měření účinků gravitace na čas. Zařízení dovezla na ISS vesmírná loď Dragon 2 společnosti SpaceX v rámci mise CRS-32, která odstartovala 22. dubna 2025.
„Jde o výsledek mnohaletého úsilí financovaného ESA, které se promítlo i do několika studentských kvalifikačních prací různých etap,“ říká jeden z vývojářů detektoru, Josef Blažej z Katedry laserové fyziky a fotoniky FJFI ČVUT (KLFF). „Nyní bude probíhat několikaměsíční fáze, během které bude experimentální modul nejprve připevněn na místo a pak testován. Do plného provozu by měl uveden až zhruba na konci roku,“ popisuje Blažej nejbližší harmonogram.
Jak ACES funguje?
ACES je vybaven dvěma extrémně přesnými atomovými hodinami: laserem chlazenými césiovými hodinami PHARAO a vodíkovým maserem SHM. Tyto hodiny umožňují měřit čas s přesností na 16 desetinných míst. Cílem je porovnat časové údaje z ISS s údaji z pozemských stanic, aby bylo možné detekovat i nepatrné rozdíly způsobené gravitačním polem Země. Rutinní každodenní porovnávání zajišťuje mikrovlnná komunikační linka.
Detektor ELT, vyvinutý na jaderné fakultě ČVUT, hraje klíčovou roli v tomto procesu. Pomocí laserových paprsků měří přesné časy přenosu signálů mezi ISS a pozemními stanicemi. Tím, že pracuje v optické oblasti, umožňuje kalibrovat proměnlivá zpoždění mikrovlnného spoje a celé měření zpřesňovat. Oproti mikrovlnám však vyžaduje bezoblačné počasí.
„ELT detektor má spolu se základními funkcionalitami také unikátní vlastnosti. Je radiačně odolný, zejména proti toku neutronů. Pasivně kompenzuje změny svého vnitřního zpoždění v širokém teplotním rozsahu s přesností několika pikosekund. Opticky vyrovnává intenzitu pod různými úhly dopadajícího laserového svazku, takže nepotřebuje informaci o tom, ze které pozemní stanice přijímá signál,“ dodává Blažej.
Proč je to důležité?
Experiment ACES umožní vědcům testovat základní principy fyziky, jako je Einsteinova obecná teorie relativity, s dosud nevídanou přesností. Získané poznatky mohou mít praktické využití například při zlepšování přesnosti globálních navigačních systémů (GPS) nebo při vývoji nových technologií pro synchronizaci času.
Jestli je ELT očima ACESu, tak sítnicí těchto „očí“ je další zařízení vyvinuté na FJFI ČVUT – technologicky vyspělý speciální optický detektor SPAD (Single-Photon Avalanche Diode), který je schopen detekovat jednotlivé fotony a je klíčovým prvkem celého zařízení ELT.
„Unikátní detektor jednotlivých fotonů, který tvoří hlavní část ELT, zhodnocuje mnohaleté zkušenosti pracovníků naší katedry s vývojem detektorů využívajících lavinových fotodiod k určení okamžiku detekce s přesností několika pikosekund,“ vyzdvihuje vlastnosti, které dostaly produkt laboratoře kosmických technologií KLFF FJFI ČVUT až na oběžnou dráhu Země, hlavní řešitel projektu, profesor Ivan Procházka.
Český úspěch ve vesmíru
Jak uvedl web kosmonautix.cz, experiment ELT představuje největší český podíl na vědeckém programu ISS. Odborníci z ČVUT a společnosti BD Sensors se tak zařadili mezi špičku v oblasti vesmírného výzkumu. Jejich práce přispívá k lepšímu pochopení základních principů fungování vesmíru a otevírá nové možnosti pro budoucí výzkum.
Na evropském experimentu ACES se podílí také NASA a američtí vědci; jejich podíl spočívá třeba v poskytnutí pozemních referenčních hodin.
ACES má sbírat data po dobu 30 měsíců, přičemž tato rozsáhlá síť přesných hodin by měla poskytnout čerstvé pohledy na přesné vztahy mezi gravitací a časem, nastavit nové limity pro neznámé síly a zlepšit globální synchronizaci času.
Kromě průzkumů fyzikálních zákonů má ACES pomoci s pozemskými aplikacemi, jako je relativistická geodézie, která zahrnuje měření tvaru Zeměkoule a gravitačního pole s extrémní přesností. Tyto pokroky jsou nezbytné pro kosmickou navigaci, družicový provoz a družicové navigační systémy. Bez pochopení časových fluktuací mezi Zemí a střední oběžnou dráhou Země by se družicové navigační systémy stávaly stále méně přesnými.
