How a miniaturized atomic clock could revolutionize space exploration | Jill Seubert

Transcriber: Joseph Geni Reviewer: Camille Martínez

Переводчик: Elena Alaukhova Редактор: Alena Chernykh

Six months ago,

Шесть месяцев назад

I watched with bated breath

затаив дыхание я наблюдала за тем,

as NASA's InSight lander descended towards the surface of Mars.

как посадочный аппарат NASA, InSight, приближался к поверхности Марса.

Two hundred meters,

200 метров,

80 meters,

80 метров,

60, 40, 20, 17 meters.

60, 40, 20, 17 метров.

Receiving confirmation of successful touchdown

Подтверждение удачной посадки

was one of the most ecstatic moments of my life.

стало одним из моментов высочайшего восторга в моей жизни.

And hearing that news was possible because of two small cube sets

И услышать эту новость можно было благодаря двум микроспутникам,

that went along to Mars with InSight.

или кубсатам, которые отправились на Марс вместе с InSight.

Those two cube sets essentially livestreamed InSight's telemetry

Эти два кубсата фактически отправляли данные телеметрии InSight

back to Earth,

обратно на Землю,

so that we could watch in near-real time

благодаря чему мы наблюдали почти в реальном времени,

as that InSight lander went screaming towards the surface of the red planet,

как посадочный аппарат InSight направлялся к красной планете,

hitting the atmosphere of Mars

проходя через атмосферу Марса

at a top speed of about 12,000 miles per hour.

со скоростью около 19 300 км/час.

Now, that event was livestreamed to us

Это событие транслировалось

from over 90 million miles away.

с расстояния более 144 млн км от нас.

It was livestreamed from Mars.

Оно транслировалось с Марса!

Meanwhile,

В то же время

the two Voyager spacecraft --

два космических аппарата Voyager —

now, these are these two almost unbelievably intrepid explorers.

это два просто невероятно бесстрашных исследователя.

They were launched

Они были запущены

в тот же год, когда мы все

the same year that all of us here were being introduced to Han Solo

впервые увидели Хана Соло.

for the first time.

And they are still sending back data from interstellar space

И они до сих пор отправляют данные из межзвёздного пространства

over 40 years later.

в течение более 40 лет.

We are sending more spacecraft further into deep space

Мы отправляем больше космических аппаратов всё дальше в открытый космос,

than ever before.

чем когда-либо раньше.

But every one of those spacecraft out there

Но каждый находящийся там космический аппарат

depends on its navigation being performed

зависит от навигации,

осуществляемой прямо здесь, на Земле,

right here at Earth

и которая указывает, где он находится

to tell it where it is and, far more importantly,

и, что гораздо важнее, куда направляется.

where it is going.

And we have to do that navigation here on Earth for one simple reason:

И мы должны осуществлять эту навигацию на Земле по одной простой причине:

космические аппараты не умеют определять время.

spacecraft are really bad at telling the time.

But if we can change that,

Но если мы сможем это изменить,

то сможем кардинально изменить и пути исследования открытого космоса.

we can revolutionize the way we explore deep space.

Now, I am a deep space navigator,

Я навигатор открытого космоса,

and I know you're probably thinking, "What is that job?"

и вы, возможно, подумали: «Что это за работа?»

Well, it is an extremely unique and also very fun job.

Это крайне редкая и очень увлекательная работа.

I steer spacecraft,

Я направляю космические аппараты

from the moment they separate from their launch vehicle

с момента, когда они отделяются от ракеты-носителя

to when they reach their destination in space.

до момента, когда они достигают места назначения в космосе.

And these destinations -- say Mars for example, or Jupiter --

И эти места назначения — например Марс или Юпитер —

they are really far away.

находятся очень далеко.

To put my job in context for you:

Чтобы понять суть моей работы, представьте:

it's like me standing here in Los Angeles and shooting an arrow,

я стою здесь, в Лос-Анджелесе, и запускаю стрелу,

and with that arrow, I hit a target that's the size of a quarter,

и этой стрелой я поражаю цель размером с монету,

and that target the size of a quarter is sitting in Times Square, New York.

и эта цель размером с монету находится на Таймс-сквер в Нью-Йорке.

Now, I have the opportunity to adjust the course of my spacecraft

У меня есть возможность регулировать курс моего космического аппарата

a few times along that trajectory,

несколько раз на его траектории,

but in order to do that, I need to know where it is.

но для этого мне нужно знать, где он находится.

And tracking a spacecraft as it travels through deep space

А при отслеживании космического аппарата, пока он движется в открытом космосе,

is fundamentally a problem of measuring time.

самая главная проблема — это измерение времени.

Я не могу просто взять линейку и измерить расстояние до моего объекта.

You see, I can't just pull out my ruler and measure how far away my spacecraft is.

Но я могу измерить,

But I can measure

сколько времени сигнал идёт до него и обратно.

how long it takes a signal to get there and back again.

And the concept is exactly the same as an echo.

Принцип действия такой же, как у эхо.

Если я подойду к горе и закричу,

If I stand in front of a mountain and I shout,

то чем больше времени понадобится, чтобы эхо вернулось назад,

the longer it takes for me to hear my echo back at me,

the further away that mountain is.

тем дальше находится гора.

So we measure that signal time very, very accurately,

Так что мы измеряем сигнал очень, очень точно,

потому что ошибка даже в крошечную долю секунды

because getting it wrong by just a tiny fraction of a second

might mean the difference between your spacecraft safely and gently landing

повлияет на то, совершит ли посадку космический аппарат на другой планете

безопасно и мягко

on the surface of another planet

or creating yet another crater on that surface.

или создаст на ней новый кратер.

Just a tiny fraction of a second,

Лишь крошечная доля секунды,

and it can be the difference between a mission's life or death.

которая станет решающей для жизни или смерти миссии.

Поэтому мы, на Земле, измеряем время сигнала очень, очень точно,

So we measure that signal time very, very accurately here on Earth,

вплоть до одной миллиардной доли секунды.

down to better than one-billionth of a second.

But it has to be measured here on Earth.

Но измерять это приходится на Земле.

Отсюда сильное несоответствие масштабов при освоении открытого космоса.

There's this great imbalance of scale when it comes to deep space exploration.

На протяжении истории мы могли посылать мелкие объекты на очень большие расстояния

Historically, we have been able to send smallish things extremely far away,

благодаря существованию очень крупных объектов на нашей родной планете.

thanks to very large things here on our home planet.

As an example, this is the size of a satellite dish

К примеру, это размер спутниковой тарелки,

that we use to talk to these spacecraft in deep space.

которую мы используем для связи с нашими аппаратами в открытом космосе.

And the atomic clocks that we use for navigation are also large.

И атомные часы, которые мы используем для навигации, тоже огромные.

Часы и всё их обслуживающее оборудование

The clocks and all of their supporting hardware

can be up to the size of a refrigerator.

могут достигать размеров холодильника.

Now, if we even want to talk about sending that capability into deep space,

Таким образом, если мы хотим отправить эту конструкцию в открытый космос,

that refrigerator needs to shrink down

нам надо уменьшить этот холодильник

into something that can fit inside the produce drawer.

до размеров его контейнера для овощей и фруктов.

Но почему же это важно?

So why does this matter?

Well, let's revisit one of our intrepid explorers, Voyager 1.

Давайте вернёмся к одному из наших отважных исследователей, Voyager 1.

Прямо сейчас Voyager 1 находится от нас на расстоянии более 21 млрд километров.

Voyager 1 is just over 13 billion miles away right now.

As you know, it took over 40 years to get there,

Как вы знаете, чтобы добраться до него, потребуется около 40 лет,

and it takes a signal traveling at the speed of light over 40 hours

и сигналу, двигающемуся со скоростью света, нужно больше 40 часов,

to get there and back again.

чтобы дойти туда и вернуться обратно.

И что касается космических аппаратов,

And here's the thing about these spacecraft:

they move really fast.

они движутся очень быстро.

And Voyager 1 doesn't stop and wait for us to send directions from Earth.

Voyager 1 не будет стоять и ждать, пока мы отправим указания с Земли.

Voyager 1 keeps moving.

Voyager 1 будет продолжать движение.

In that 40 hours that we are waiting

За эти 40 часов,

пока мы на Земле ждём этот эхо-сигнал,

to hear that echo signal here on the Earth,

Voyager 1 has moved on by about 1.5 million miles.

Voyager 1 уже прошёл расстояние примерно в 2,5 миллиона километров.

It's 1.5 million miles further into largely uncharted territory.

Это на 2,5 миллиона километров глубже в огромную неизведанную территорию.

So it would be great

Поэтому было бы замечательно,

if we could measure that signal time directly at the spacecraft.

если бы мы могли измерить время сигнала прямо на космическом аппарате.

But the miniaturization of atomic clock technology is ...

Но технология по уменьшению атомных часов...

well, it's difficult.

в общем, сложная.

Not only does the clock technology and all the supporting hardware

Надо не только уменьшить конструкцию часов

need to shrink down,

и всего обслуживающего оборудования,

but you also need to make it work.

нужно ещё, чтобы это всё работало.

Space is an exceptionally harsh environment,

Космос — исключительно суровая среда,

and if one piece breaks on this instrument,

и если одна часть этого механизма сломается,

it's not like we can just send a technician out to replace the piece

мы не сможем просто послать туда мастера, чтобы он заменил её,

и продолжить работу как ни в чём не бывало.

and continue on our way.

The journeys that these spacecraft take can last months, years,

Путь этих космических аппаратов может занять месяцы, годы,

even decades.

даже десятилетия.

And designing and building a precision instrument that can support that

Создание и установка точного механизма, способного это обеспечить,

is as much an art as it is a science and an engineering.

является искусством не в меньшей степени, чем наукой и инженерным делом.

But there is good news: we are making some amazing progress,

Но есть и хорошие новости: мы делаем поразительные успехи

and we're about to take our very first baby steps

и скоро сделаем наши первые шаги

into a new age of atomic space clocks.

в новую эру атомных космических часов.

Soon we will be launching

Скоро мы запустим

an ion-based atomic clock that is space-suitable.

ионные атомные часы, созданные специально для отправления в космос.

And this clock has the potential to completely flip the way we navigate.

И эти часы будут способны кардинально изменить способ навигации.

This clock is so stable,

Эти часы очень надёжные,

it measures time so well,

они измеряют время настолько хорошо,

that if I put it right here and I turned it on,

что, если я положу их прямо здесь,

and I walked away,

включу их и уйду,

I would have to come back nine million years later

мне нужно будет вернуться через девять миллионов лет,

for that clock's measurement to be off by one second.

чтобы увидеть, что они стали спешить или отставать на секунду.

So what can we do with a clock like this?

Что же нам делать с такими часами?

Well, instead of doing all of the spacecraft navigation

А что если, вместо того, чтобы осуществлять всю навигацию

here on the Earth,

отсюда, с Земли,

what if we let the spacecraft navigate themselves?

мы обеспечим такой навигацией космические аппараты?

Onboard autonomous navigation, or a self-driving spacecraft, if you will,

Бортовая автономная навигация или, если хотите, аппарат на автопилоте, —

is one of the top technologies needed

это одна из самых современных технологий,

if we are going to survive in deep space.

необходимая, если мы хотим выжить в открытом космосе.

When we inevitably send humans to Mars or even further,

Когда мы отправим людей на Марс или даже дальше, а это неизбежно,

we need to be navigating that ship in real time,

мы должны будем направлять корабль в реальном времени,

not waiting for directions to come from Earth.

не ожидая указаний с Земли.

And measuring that time wrong by just a tiny fraction of a second

И измерение этого времени с ошибкой хотя бы в крошечную долю секунды

can mean the difference between a mission's life or death,

может повлиять на жизнь или смерть миссии,

which is bad enough for a robotic mission,

что довольно плохо даже для роботизированной миссии,

but just think about the consequences if there was a human crew on board.

но только подумайте о последствиях такой миссии с людьми на борту.

But let's assume that we can get our astronauts

Давайте представим, что мы смогли безопасно доставить наших астронавтов

safely to the surface of their destination.

на место назначения.

Once they're there, I imagine they'd like a way to find their way around.

По прибытии, я так думаю, им нужно будет узнать местоположение и маршрут.

Well, with this clock technology,

И благодаря таким часам

we can now build GPS-like navigation systems

мы сможем сконструировать навигационную систему по типу GPS

at other planets and moons.

на других планетах и их спутниках.

Imagine having GPS on the Moon or Mars.

Допустим, появится GPS на Луне или Марсе.

Can you see an astronaut standing on the surface of Mars

Можете вы себе представить астронавта, стоящего на поверхности Марса:

with Olympus Mons rising in the background,

на фоне возвышается вулкан Олимп,

and she's looking down at her Google Maps Mars Edition

и он сверяется с Гугл-картами, версией для Марса,

to see where she is

определяя своё местоположение

and to chart a course to get where she needs to go?

и устанавливая маршрут до определённого места?

Позвольте мне немного помечтать,

Allow me to dream for a moment,

and let's talk about something far, far in the future,

и давайте поговорим о далёком будущем,

when we are sending humans to places much further away than Mars,

в котором мы посылаем людей в места, гораздо более далёкие, чем Марс,

places where waiting for a signal from the Earth in order to navigate

места, где ожидание направляющего сигнала с Земли

is just not realistic.

просто невозможно.

Imagine in this scenario that we can have a constellation,

Представьте, что в этом сценарии у нас есть созвездие,

a network of communication satellites scattered throughout deep space

сеть сообщающихся спутников, разбросанных по космическому пространству,

broadcasting navigation signals,

передающих навигационные сигналы,

and any spacecraft picking up that signal

и любой космический аппарат, принявший такой сигнал,

can travel from destination to destination to destination

может двигаться от одной точки назначения до другой,

with no direct tie to the Earth at all.

вообще не имея прямых связей с Землёй.

The ability to accurately measure time in deep space

Возможность точно измерять время в открытом космосе

can forever change the way we navigate.

кардинально изменит способ навигации.

But it also has the potential to give us some pretty cool science.

Но это также может дать нам несколько интересных научных открытий.

You see, that same signal that we use for navigation

Тот же сигнал, который мы используем для навигации,

tells us something about where it came from

говорит нам и о том, откуда он пришёл,

and the journey that it took as it traveled from antenna to antenna.

и о пути, который он совершил, пока переходил от антенны к антенне.

And that journey, that gives us data, data to build better models,

И этот путь, предоставляющий нам данные, данные для создания улучшенных моделей,

better models of planetary atmospheres throughout our solar system.

улучшенных моделей планетарных атмосфер во всей Солнечной системе.

We can detect subsurface oceans on far-off icy moons,

Мы сможем найти подземные океаны на отдалённых ледяных спутниках планет

maybe even detect tiny ripples in space due to relativistic gravity.

или даже обнаружить микроволны в космосе благодаря относительной гравитации.

Onboard autonomous navigation means we can support more spacecraft,

Внедрение бортовой автономной навигации означает, что мы сможем поддерживать

больше космических аппаратов, больше зондов для исследования Вселенной,

more sensors to explore the universe,

and it also frees up navigators -- people like me --

а также это даёт свободу навигаторам — таким людям, как я, —

to work on finding the answers to other questions.

искать ответы на другие вопросы.

And we still have a lot of questions to answer.

А у нас ещё много вопросов, на которые нет ответа.

We know such precious little about this universe around us.

Мы ничтожно мало знаем о Вселенной, которая нас окружает.

In recent years, we have discovered nearly 3,000 planetary systems

За последние годы мы обнаружили около 3 000 планетарных систем

outside of our own solar system,

за пределами Солнечной системы,

and those systems are home to almost 4,000 exoplanets.

и в этих системах находится около 4 000 экзопланет.

To put that number in context for you:

Для сравнения:

when I was learning about planets for the first time as a child,

когда я ребёнком начала изучать планеты,

there were nine,

их было девять,

or eight if you didn't count Pluto.

ну или восемь, если не считать Плутон.

But now there are 4,000.

А теперь их 4 000.

It is estimated that dark matter

По подсчётам, тёмная материя

makes up about 96 percent of our universe,

составляет около 96% нашей Вселенной,

and we don't even know what it is.

и мы даже не знаем, что это такое.

All of the science returned

Все известные науке факты, полученные

from all of our deep space missions combined

из всех наших миссий в открытый космос,

is just this single drop of knowledge

сравнимы с каплей знаний

in a vast ocean of questions.

в огромном океане неизведанного.

And if we want to learn more,

И если мы хотим знать больше,

to discover more, to understand more,

больше открывать, больше понимать,

then we need to explore more.

тогда нужно исследовать больше.

The ability to accurately keep time in deep space

Возможность точно отслеживать время в открытом космосе

will revolutionize the way that we can explore this universe,

изменит способ исследования Вселенной кардинально,

and it might just be one of the keys to unlocking some of those secrets

это может стать одним из ключей, открывающих те её секреты,

that she holds so dear.

которые она так бережно хранит.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)