Det som ser ut som ett flygfoto av ett utomjordiskt landskap är faktiskt en svepelektronmikroskopvy av en testglasyta, förvärvad som en del av ett projekt för att förbättra livslängden för rymdburna atomklockor, som finns i hjärtat av navigationssatelliter. Varje skarp plasmaetsad detalj som ses här är mindre än 10 mikrometer – en hundradels millimeter – tvärsöver.
Mycket exakta atomklockor förlitar sig på växlar mellan energitillstånd i en atoms elektronskal, inducerade av ljus, laser eller maserenergi. Att tvinga atomer att hoppa från ett energitillstånd till ett annat orsakar emission av en tillhörande mikrovågssignal vid en extremt stabil frekvens.
För att ta exemplet med den passiva vätemaserdesignen – som fungerar som huvudklockan ombord på varje Galileo-satellit och håller tiden till en uppskattad precision på en sekund på tre miljoner år – ett nyckelelement är plasmabegränsaren av glasbulb där vätemolekyler finns dissocierade i atomer. Men kemisk etsning och andra interaktioner mellan väteplasman och glasets innerväggar kan så småningom degradera glödlampan, vilket påverkar hållbarheten i urladdningsprocessen.
Denna mikroskopiska bild visar resultaten, med de koniska mönstren som orsakas av etsningsmekanismer och relaterade plasmaeffekter. Det förvärvades som en del av ett ESA Technology Development Element-projekt med Safran (tidigare Orolia), som undersökte karakterisering av dessa effekter för att förbättra tillförlitligheten hos atomur för rymden.
Satellitnavigering förlitar sig på mycket exakt tidtagning eftersom positionering beräknas baserat på signalens restider multiplicerade med ljusets hastighet.
Förbättrade versioner av passiva vätemaser- och reservrubidium-atomklockor har designats för Europas nya Galileo andra generationens satelliter.
Tidsstabilitet blir också allt viktigare för satellitbaserad telekommunikation, med övergångar till högre frekvenser som erbjuder högre datahastigheter men som i sin tur kräver noggrann tidssynkronisering, för vilket atomklockor av mindre chipstorlek beaktas.
Tillhandahålls av Europeiska rymdorganisationen
