Galileo má opravdu velký problém s hodinami

Když nás trápí nepřesné hodiny, tak je zkusíme srovnat a pokud to nepomůže odneseme je k hodináři na opravu. Trochu jiná situace je u satelitů na oběžné dráze, které jednak používají mnohem komplikovanější techniku a navíc to mají k nejbližšího hodináři hezkých pár kilometrů. Pokud se ale objeví jediná závada je to ještě dobré, horší ale je stav, který v posledních týdnech a měsících potkal družice budovaného evropského navigačního systému Galileo. Jeho superpřesné palubní atomové hodiny totiž potkávají komplikace ve znepokojujícím počtu.

U navigačních družic jsou atomové hodiny bez přehánění klíčovým prvkem. Právě znalost přesné chvíle, kdy signál opustil družici je nezbytným předpokladem přesné navigace. Čím větší jsou nepřesnosti v čase, tím více klesá přesnost zaměření místa v prostoru. Selským rozumem se může zdát, že odchylka v řádu zlomků sekund není podstatná, ale to je velká chyba.

Navigační družice Galileo

Navigační družice Galileo
Zdroj: http://spacenews.com/

Signály z družic letí k Zemi rychlostí světla, tedy 299 792 km/s. To znamená, že za jedinou tisícinu sekundy, což je mžik, který si málokdo dokáže představit, uletí takový signál téměř 300 kilometrů! Tento banální příklad ukazuje, jak důležitý je pro přesnou navigaci přesný čas, ba dokonce velmi přesný čas. Ostatně čas na navigačních družicích je tak přesný, že jej jako referenční zdroj používají i bankovní trhy a burzy, které jsou na přesném času závislé.

Celkem jsou na palubě každé družice Galileo čtvery atomové hodiny – především díky redundanci – čím více zdrojů máme, tím snáze můžeme eliminovat případnou odchylku a navíc se to hodí jako záloha pro případ selhání. Kvůli maximální přesnosti jsou na každé družici hned dva typy atomových hodin z nichž každý je přítomen ve dvou exemplářích. Prvním typem jsou klasické rubidiové atomové hodiny, druhým typem je pak vodíkový maser, který dosahuje ještě vyšší přesnosti.

Pasivní vodíkový maser používaný na družicích Galileo

Pasivní vodíkový maser používaný na družicích Galileo
Zdroj: http://www.esa.int/

Právě masery měly zajistit přesnější čas a tím i vyšší přesnost oproti dominantnímu GPS. Pasivní vodíkový maser je tak přesný, že by za jediný den měl dosáhnout zpoždění jedné miliardtiny sekundy, nebo jinak – zpozdí se o jednu sekundu za tři miliony let. Díky tomu může Galileo poskytnout přesnost měření na metr i méně.

Momentálně je na oběžné dráze 18 satelitů Galileo. Podle včerejšího vyjádření ředitele ESA, Jana Woernera do dnešního dne je mimo provoz devět exemplářů atomových hodin, přičemž ve třech případech jde o rubidiové atomové hodiny a vodíkových maserů nefunguje dokonce šest! K využívání družic stačí, aby měly na palubě jediné atomové hodiny. Přijde se tím sice o redundanci, ale systém bude fungovat. Pokud ovšem budou těmi jedinými funkčními pouze ty rubidiové, bude mít družice menší přesnost určení místa. Galileo přitom dlouhodobě prezentovalo, že poskytne přesnější navigaci, než jeho konkurenti. Ztráta této výhody by tak mohla být (minimálně z marketingového, ale určitě i z technického hlediska) hodně nepříjemná.

Vizualizace oddělení horního stupně Fregat od rakety Sojuz při vynášení dvou družic Galileo

Vizualizace oddělení horního stupně Fregat od rakety Sojuz při vynášení dvou družic Galileo
Zdroj: https://www.3dnews.ru

V současné době jsou poruchy rozeseté po více družicích a pouze jediná má dvoje porouchané hodiny, takže už má jen jedinou zálohu. Pozemní operátoři nyní stojí před rozhodnutím – mají zastavit vypouštění dalších družic, dokud se nepodaří odhalit příčinu zvýšené poruchovosti, nebo mají pokračovat ve vypouštění? Jan Woerner na to reaguje: „Na obě otázky se dá odpovědět v jednu chvíli. Můžeme říct, že počkáme, dokud nenajdeme příčinu, ale to znamená, že do té doby může selhat až do té míry, že se sníží schopnosti celého systému. Ale pokud budeme startovat i nadále, tak systém udržíme v chodu a budeme jej alespoň udržovat, případně zlepšovat. Ale pak jdeme do rizika, že jde o systémový problém. Momentálně probíhají rozsáhlé diskuse o tom, co dělat dál.“

Archivní snímek dvou družic Galileo v čisté místnosti na kosmodromu v Kourou

Archivní snímek dvou družic Galileo v čisté místnosti na kosmodromu v Kourou
Zdroj: http://gpsworld.com/

Většinu porouchaných maserů (celkem pět exemplářů) najdeme na satelitech, které byly vypuštěné na oběžnou dráhu pro validaci (IOV), tedy ověření celého systému. Naopak všechny tři rozbité rubidiové hodiny jsou na družicích, které se vydaly do vesmíru až později (FOC), aby rozšiřovaly momentálně budovaný systém. Na hledání problému momentálně pracují týmy specialistů v technologickém středisku Evropské kosmické agentury ESTEC v Nizozemí. S vyšetřováním jim pomáhají zástupci výrobce hodin (Spectratime ze Švýcarska) i výrobců samotných družic (Airbus and Thales Alenia Space, OHB a SSTL). Podle dostupných informací se jeden porouchaný maser podařilo restartovat.

ESA je zároveň v kontaktu s Indickou kosmickou agenturou ISRO, která na svých navigačních družicích používá stejné atomové hodiny. Indové však zatím na podobný problém nenarazili. Plně dokončený systém Galileo by měl být tvořený 24 družicemi ve třech oběžných rovinách. Potřebné budou i záložní kusy, přičemž jeden z prvních satelitů je už téměř kompletně odepsaný kvůli vícečetným selháním. I po dosažení plného počtu družic tak bude muset pokračovat jejich výroba a postupná obnova. Nejbližší start družic Galileo je plánován na letošní rok – v září by měla Ariane 5 vynést další čtyři družice.

Zdroje informací:
http://www.bbc.com/
http://www.esa.int/
https://phys.org/
http://forum.kosmonautix.cz/

Zdroje obrázků:
http://www.dlr.de/…/portal_2011_7/scaled/galileo_iov_pfm_l.jpg
http://spacenews.com/wp-content/uploads/2014/11/Galileo_ESA02-650×485.jpg
http://www.esa.int/…/Passive_hydrogen_maser_node_full_image_2.jpg
https://www.3dnews.ru/…/Galileo_s_Fregat_separating_node_full_image_2.jpg
http://gpsworld.com/…/Galileo_satellites_CleanRoom-sidebyside-W.jpg

Galileo má opravdu velký problém s hodinami, 2.6 out of 5 based on 43 ratings
Pin It
(Visited 4 394 times, 2 visits today)
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.6/5 (43 votes cast)
(Visited 4 394 times, 2 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


39 komentářů ke článku “Galileo má opravdu velký problém s hodinami”

  1. Tomach napsal:

    Diky za aktualni a hezky zpracovanou zpravu.
    Nema smysl tu diskutovat o nutnosti/nenutnosti 4. ci 5. GPS systemu, ale 2 veci mne ponekud prekvapuji:
    1) Jak to ze se na problem prislo az ted? Neverim ze by prestalo fungovat 9 hodin behem rekneme jednoho mesice. Prijde mi to ze nekdo neco podcenil? Testovani, nebo ignorovani predhcozich poruch?
    2) Pri cene vyneseneho satelitu (satelit + vyneseni na orbitu = obrovska castka) a rizika (pravdepodobnost vzhledemk jiz 9ti vadnym velka, impakt vzhledem ke klicove soucastce kriticky) ze nekdo jeste uvazuje o tom nahoru posilat potencialne vadne satelity. Z meho pohledu je tohle showstopper a nepokracuje se dokud se neneajde prvotni pricina (root cause).
    Stejne Galilleo nejede naplno, jede pokud vim tak ve spolupraci s Navstar a Glonass(? tim Glonassem si nejsem 100% jisty), takze i kdyz bude mit satelitu mene tak bude fungovat diky Navstaru.
    No doufejme ze zavadu najdou brzy, treba to bude nejaka prkotina, jen doufejme ze ne nejaka HW chyba (spoje, ruseni, napajeni, horko/zima,…)

    • Dušan Majer napsal:

      Není to tak, že by se chyby objevily během měsíce. Podle všeho jde o dlouhodobou komplikaci, která není aktuální. Vždyť některé družice jsou tam už pár let. Testování bylo důkladné, ale nikdy nemůžete podchytit všechno, bohužel. Není to tak, že by ten systém selhal hned. K chybě dochází až po čase, což se hodně těžko odhaluje.
      K druhé části. To je sporné. Zastavit rozjetý kolotoč není snadné ani levné. Satelity stále fungují. Ze 72 hodin je mimo provoz 9, což je špatné, ale systém stále může pracovat. Je pravda, že Galileo momentálně spolupracuje s GPS, ale díky vypouštění dalších družic by se osamostatnilo a nabízelo by stále lepší služby než GPS
      Během té doby se navíc zřejmě objeví původce problémů a všechno se vyřeší. Věřme tomu.

      • Tomach napsal:

        Diky za odpoved. Koukam ze jste take pekny nocni ptak 🙂
        No mne prekvapuje ze je „problem“ kdy 9 hodin je nefunkcnich.
        V tom prave vidim problem testovani – pokazi se jedny – to se muze stat, z toho bych nedelal zadnou vedu, ale hledal pricinu. Pokazi se druhe – to uz je podezrele a poslu hafo lidi zjistovat v cem muze byt problem. Pokazi se treti a ja osobne bych asi vse ostatni zastavil dokud nenajdu pricinu.
        Problem je v tom ze uz ted na jednom satelitu nefunguji 2 hodiny. Ono je take mozne ze za par let nebude funknci treba polovina satelitu. A to uz by slo do penez vic nez cokoliv jineho.
        Ale nekdo uz psal ze mozna to nechteji rici natvrdo ze okamzite davaji stopku (politika).
        Podle mne by bylo nejrozumnejsi – zastavit, v klidu zjistit co se stalo, opravit to a zacit znova vypoustet.
        Doufam ze to budete sledovat a date nam tu vedet 😉 Diky moc!

  2. RiMr napsal:

    …ano, budu nekorektbě jedovatý, ale, dle optiky některých příspěvků při ztrátě landeru na Marsu, je i toto vlastně úspěch. Navigační systém za bambiliardy sice jak se zdá bude přesný mnohem méně než zlé americké GPS, ale už přišli na to, že to nefunguje a příště už budou vědět, jak ne… sukces…
    Nějak se ty evropské „úspěchy“ začínají nabalovat… Technicky naivní kotvící systém Philae, SW chyba u posledního landeru na Marsu a teď toto…

    • Dušan Majer napsal:

      Tak to promiňte, ale srovnávat demonstrátor s navigačním systémem je hodně mimo. Philae byl úspěch a pokusil se o něco nového, EDM měl pouze ověřit technologie a z jeho ztráty přišlo poučení. U Galilea je to ale něco úplně jiného a je to opravdu problém. Jen se nesmí míchat jablka s hruškami. Když se objeví problém, tak se to řekne tak, jako nyní, ale je špatné zveličovat chyby jiných misí a dělat z nich neprávem propadáky. ESA je momentálně po NASA druhou nejúspěšnější kosmickou agenturou světa.

    • MartinH napsal:

      Berte to tak že EDM byl pouze testovací kus jenž měl ověřit přistání před ostrým startem. To taky udělal velmi dobře. Odhalil jednu chybu v poslední fázi přistání, až se poletí příště a naostro tak to už bude opravené.

      Přistání na kometě bylo to samé, taky v podstatě pokus jestli to takhle jde…

      Takže zbývá jen to porouchané Galileo kde to už opravdu je problém. Oni i americké GPS mají 4 atomové hodiny kvůli záloze, a když se podíváte na statistiku kolik jich nefunguje bude to taky pěkné číslo. Jde o klíčovou komponentu pro kterou není vesmír zrovna ideálním prostředím, spíše naopak. Životnost atomových hodin pobyt ve vesmíru značně snižuje. Na Galileu je ale ta životnost menší než se čekalo, takže se někde stala chyba a je jí třeba najít.

      • Hynek napsal:

        „Oni i americké GPS mají 4 atomové hodiny kvůli záloze, a když se podíváte na statistiku kolik jich nefunguje bude to taky pěkné číslo.“ – To píšete se znalostí toho pěkného čísla, nebo jen odhadujete?

        • MartinH napsal:

          Aktuální čísla nemám, ale přehled stavu hodin (a nejen těch) na družicích GPS jsem viděl při studiu. Tuším že to byl předmět vyšší geodézie ale ono GPS a satelity zasahovali do více předmětů, třeba fyzika, kosmická geodézie, fyzikální geodézie trochu jsme se tématu dotkli i v astronomické geodézii.
          GPS jsme probírali hodně podrobně, hlavně fázové měření je přesnější než kódové používané v navigacích do aut či turistických. Já z GNSS potřebuji vymáčknout centimetrovou přesnost aby pro mě byla při práci použitelná.

      • Spytihněv napsal:

        „Odhalil jednu chybu v poslední fázi přistání, až se poletí příště a naostro tak to už bude opravené.“

        To je sice pěkné, že se vychytá to, co selhalo, ale chybí data z fáze motorického přistání (které se ani nedostalo ke slovu). A to se vynechat nedá. Takže toto vyzkoušeno bohužel nebylo.

        • Samo napsal:

          Kto hovorí že si tie dáta nemôžu „požičať“ v rámci spolupráce s NASA ako SpaceX pre Red Dragon? podstatné bolo odtestovat tepelný štít a supersonický padák čo sa podarilo.

      • Hafan napsal:

        Až se poletí naostro tak se poletí s vědomím že tam přistát ještě neumíme a budeme se modlit a by tentokrát vyšlo!

        • Dušan Majer napsal:

          Stejně jako se modlíme pokaždé i když ten systém otestovaný je. Není v tom velký rozdíl. Selhat může i tisíckrát testovaná mise.

        • maro napsal:

          No jistě. Kolikrát už letěl Falcon 9 a najednou prásk. Kolikrát už letěl Progress a zase prásk. Ale samozřejmě, především jde o snížení té pravděpodobnosti chyby, což bohužel u EDM moc nevyšlo.

        • Dušan Majer napsal:

          Neříkám, že EDM bylo stoprocentní úspěch, ale část úkolu splnila.proto o něm mluvím jako o remíze.

    • Spytihněv napsal:

      Jediné, co mají společného na jedné straně Galileo a na druhé straně Philae a EDM, je práce mimo Zemi. Jinak nic. Philae byl naprostý průkopník něčeho nového a jako takový celkem obstál, u EDM sice nesdílím názory o úspěchu, ale jako pokusný modul se to dá tolerovat. Ovšem hromadně nefungující atomové (švýcarské) hodinky u Galilea je úplně jiný level. A to ještě nevíme, zda se neobjeví další vadné kusy. Zajímalo by mě, jak bude ESA postupovat proti výrobci hodin, kdyby se ukázalo, že chyba byla u něj. To by mohla být pro firmu likvidační záležitost.

      Ne druhou stranu – pokud Indové u stejných hodin problém nezaznamenali….

      • gg napsal:

        „Ovšem hromadně nefungující atomové (švýcarské) hodinky u Galilea je úplně jiný level. A to ještě nevíme, zda se neobjeví další vadné kusy. “

        Who watches the Swiss-watchmen? 😀

  3. Vojta napsal:

    V článku je psáno, že na orbitě je 18 satelitů systému Galileo. To je sice pravda (pokud nepočítáme dva testovací GIOVE), ale jeden z nich je nefunkční (GSAT0104), takže použitelných je jen 17. Z toho další dva jsou na nestandardní orbitě kvůli problému s nosičem a tak si nejsem jistý, jestli jsou zapojeny do normálního provozu.
    Průšvih je to samozřejmě pořádný, ale pořád je lepší, když odejdou jedny hodiny ze čtyř než když to zabalí celý satelit kvůli poruše systému, který není dostatečně redundantní (jako ten GSAT0104).

  4. dolph1888 napsal:

    Jednoznačně nevypouštět ve spolupráci s Indy hledat příčinu (odlišnosti), prověřit výrobní postupy (výstupní parametry), chyby v kompletaci. Nevím jak přesně se testuje na zemi, ale určitě nelze vytvořit 100% stejné podmínky jako na oběžné dráze. Mnozí hledají příčinu v bezolovnaté pájce, dobré pro zasmání.
    > Na druhou stranu nové, složité technologie chyby mají, budou mít a jejich odstraňování je dobré pro další vědění. I cesta je cíl. S € není v EU (resp. v ESA) problém, když mohou dát Germáni za rok € 28 mld. na „své nové hosty“, nějaký Galileo je „haléřová položka“ – drobné.

    • Peter P napsal:

      Podla mna je do toho davat politiku zbytocne. Jedna sa o technicky problem z ktoreho sa da poucit. Americania tiez stratili mnoztvo GPS satelitov, ich vesmirny program mal tiez mnohe neuspechy z ktorych sa poucili a to pozdvihlo ich technologicku uroven.

      • dolph1888 napsal:

        Chápu, je to možná nemilé, ale politika je v kosmonautice (kdo chce astronautice) nezbytná. Zatím musí být všechny velké projekty hrazeny ze státních rozpočtů a vlastně i ty soukromé jsou pod dotacemi – čili zase daně občanů. Narážel jsem na skutečnost, že žádné ani vyspělé státy si nemohou dovolit „zachraňovat svět“ nebo globalizovat (nuceně, předčasně) ve smyslu všem zajistit stejné životní podmínky (úroveň). Kdo se o něco takového pokusí, sám skončí o žebrácké holi a na finančně nákladné projekty mu € nezbudou.

        • tyčka napsal:

          Vypouštění a provoz telekomunikačních družic je plně na komerční bázi (samozřejmě s vyjímkou těch, kde je provozovatelem přímo nějaký stát).
          Takže značná část startů je plně komerční.
          SpaceX dostal první dotaci až úspěšně vynesla komerční družici – na stavbu a provoz lodi pro zásobování ISS.

        • tyčka napsal:

          Jenže obávám se, že pro mnohem víc lidí jsou naopak ty vesmírné projekty typu Galileo mnohem méně potřebné než ty o kterých píšete.
          Ještě donedávna s pomocí uprchlíkům mělo souhlasit kolem 50% Němců – s podporou existence Galileo to bude podle mne mnohem horší (tedy podstatně méně než polovina – necítí potřebu budovat něco dalšího k funkčnímu GPS a často je ani nezajímá, že jejich navigace v autě potřebuje ke svému provozu i nějaké družice).

        • dolph1888 napsal:

          Pokud to tak je, pak je to ovšem TRAGÉDIE a tím myslím zcela ve smyslu toho slova. My, lidé musíme přece jen usilovat o víc, vidět dál a ne se neustále babrat s problémy na Zemi. Min. ty státy, které tam někde již jsou by si měly být i silou schopny zajistit k takové činnosti potřebný „klid“. Tím myslím zabezpečit si, svůj prostor, protože státy se opravdu nerozdávají jak si někdo myslí. Jejich ekonomiky, výkony atd. jsou z velké části takové, jaký systém řízení v nich panuje, jaké hodnoty lidé v nich uznávají a v rámci možností ctí.

    • Jirka napsal:

      Aby to nakonec nebylo důkladností předstartovních testů. Jestli ti Indové pracovali tak jako ti s nimiž jsem měl tu čest třeba s těmi hodinami nezatřásli dostatečně na to aby se chyba projevila 😀

      • dolph1888 napsal:

        Není vyloučeno, stačí přidat nějaké vylepšení, případně „funkci“, něco HW změnit = a je zle.

  5. Petr napsal:

    Neuvažuje se do budoucna s nějakou kosmickou opravářskou lodí?
    Okolo země bude čím dál více družicových systému.
    Galileo, iridium, SpaceX uvažuje o několika tisících družic pro šíření internetu atd.
    Taková opravářská, údržbářská loď by mohla při jednom letu opravit třeba 10 družic, určitě by to bylo lacinější než jejich výměna.
    Myslím že Elon by to mohl zmáknout :o)

    • Dušan Majer napsal:

      Ano, projekty tu jsou. Vlaštovkou by mohl být americký Restore-L.

    • Jaro Pudelka napsal:

      Na toto mohli nechať v prevádzke Shuttle. Ako platená služba by konečne aj zarábal. Museli by ho upraviť na dlhší pobyt na orbite.

      • Dušan Majer napsal:

        Nereálné. Raketoplán se mohl dostat maximálně 700 km vysoko. Navigační družice jsou ve výšce kolem 20 000 kilometrů.

        • Jaro Pudelka napsal:

          Tak to by som riešil špeciálnym modulom z raketoplánu ako výsadkový čln.

    • tyčka napsal:

      Spíše dle všeho počítá s montážní linkou na ty družice a též i na rakety – s využitím návratu 1. stupně. Takže prostě to, že se půjde cestou maximálního snížení ceny družic a startu – tedy porouchané družice budou jen zvyšovat jejich výrobní kapacitu.

  6. Vladiczek napsal:

    Zrovna jsem dočetl tiskovku ESA a říkal si, že by to chtělo lepší info z více zdrojů, protože tohle je opravdu velký problém. Kouknu na kosmonautix a hle 🙂 Díky, doufám, že téma budete alespoň formou nějaké bleskové zprávy dále sledovat.

  7. Mave napsal:

    Čtyři atomové hodiny, dvě porouchané hodiny, mimo provoz devět atomových hodin…
    Hodiny jsou pomnožné. Čtvery hodiny, dvoje hodiny, devatery hodiny… nebo třeba jinou formulaci jako třeba čtyři kusy atomových hodin…
    Češtin dostal na frak…, nebo je to práce Google překladače? 😉

    • Dušan Majer napsal:

      Google překladač Vám děkovat – chyby opravil. 😉

      • Rudolf Šíma napsal:

        🙂 Při příležitosti této vtipné konverzace bych chtěl upozornit na jeden problém s formulářem „Nahlásit chybu“. Po objevení chyby a vyvolání formuláře ztmavne pozadí. Je-li v článku více chyb a chci na ně upozornit, nemohu je znovu najít a nakopírovat do zprávy. Ono je stejně otravné číst článek znovu kvůli hledání zapomenutých chyb. Přimlouval bych se za úpravu skriptu. Nechť zůstane pozadí čitelné. Potom bude možné otevřít formulář při první nalezené chybě a případně do něj připisovat, pokud se autorovi mimořádně „zadaří“. 🙂 Další variantou je formulář zrušit a neochuzovat čtenáře o vtipné „přestřelky“ v diskuzi. Ty si ale autoři za svoji snahu a odvedenou práci nezaslouží. 🙂

        • Dušan Majer napsal:

          Díky za tip, ale je trochu problém, že nechceme zasahovat do pluginu.

        • jregent napsal:

          otevtete si stranku v prohlizeci jeste jednou
          a tam formular s nahlasenim chyby.
          Na puvodni strance mate focus na miste s chybou
          a muzete mezi strankami (zalozkami) prepinat

        • Rudolf Šíma napsal:

          Díky za tip. Při jiných příležitostech tenhle způsob běžně využívám, ale v tomto případě mne, nevím proč (obrna mozku, stáří? 🙂 ), nenapadl.
          Jo, snadná pomoc, jen přemýšlet. Ještě jednou díky.

        • jregent napsal:

          jak Vam rozumim, stava se mi to take 🙂

Zanechte komentář