Chương trình Artemis của NASA nhằm thiết lập sự hiện diện bền vững của con người trên Mặt Trăng — không chỉ những chuyến thăm ngắn, mà là cơ sở hạ tầng vĩnh viễn bao gồm trạm Lunar Gateway, nơi ở trên bề mặt và hoạt động khai thác tài nguyên. Tất cả đều cần thứ mà chúng ta coi là đương nhiên trên Trái Đất: một tiêu chuẩn thời gian chung đáng tin cậy.
Tại sao Artemis cần thời gian chính xác
Các nhiệm vụ Apollo vào những năm 1960 và 70 không cần tiêu chuẩn thời gian Mặt Trăng. Nhiệm vụ kéo dài vài ngày, không phải vài tháng, và dẫn đường được xử lý bởi các trạm theo dõi mặt đất trên Trái Đất.
Artemis khác biệt cơ bản. Chương trình hình dung:
Căn cứ bề mặt vĩnh viễn gần cực nam Mặt Trăng hoạt động liên tục. Trạm không gian Lunar Gateway trong quỹ đạo phục vụ như trung tâm chuyển tiếp. Nhiều xe thám hiểm và hệ thống robot hoạt động tự chủ. Tàu đổ bộ thương mại từ nhiều quốc gia và công ty đến theo lịch trình đều đặn.
Mỗi hệ thống này đều cần biết chính xác thời gian — và tất cả cần đồng ý đó là thời gian gì. Xe thám hiểm dẫn đường bằng điểm mốc cần đồng bộ đồng hồ với tín hiệu tham chiếu quỹ đạo. Tàu đổ bộ tiếp cận bề mặt cần phối hợp thời gian với Gateway. Cửa sổ liên lạc giữa Trái Đất và Mặt Trăng phải được lên lịch đến từng micro giây.
Dẫn đường Mặt Trăng — GPS Mặt Trăng
Trên Trái Đất, GPS hoạt động vì mỗi vệ tinh mang đồng hồ nguyên tử được đồng bộ với tiêu chuẩn thời gian chính. Điện thoại của bạn tính vị trí bằng cách đo sự khác biệt nhỏ trong thời gian tín hiệu đến từ nhiều vệ tinh.
NASA và ESA đang lên kế hoạch hệ thống tương tự cho Mặt Trăng. Chương trình Moonlight của ESA sẽ đặt vệ tinh trong quỹ đạo Mặt Trăng để cung cấp dịch vụ dẫn đường và liên lạc. Lunar Communication Relay and Navigation Systems (LCRNS) của NASA sẽ bổ sung cho điều này.
Để GPS Mặt Trăng hoạt động, tất cả vệ tinh cần cơ sở thời gian chung — và cơ sở thời gian đó phải tính đến các hiệu ứng tương đối tính. Vệ tinh trong quỹ đạo Mặt Trăng trải qua giãn nở thời gian hấp dẫn khác với đồng hồ trên bề mặt, giống như vệ tinh GPS trên Trái Đất phải hiệu chỉnh cho thuyết tương đối. Giờ Mặt Trăng Phối hợp (LTC) sẽ cung cấp nền tảng này.
Lịch trình Artemis
Lịch trình chương trình Artemis phù hợp chặt chẽ với lịch phát triển LTC:
Artemis I (hoàn thành tháng 11 năm 2022) — Chuyến bay thử không người lái của Space Launch System và tàu Orion quanh Mặt Trăng. Không cần hệ thống thời gian ngoài theo dõi từ Trái Đất.
Artemis II (dự kiến 2025) — Chuyến bay có phi hành đoàn đầu tiên quanh Mặt Trăng kể từ Apollo 17 năm 1972. Vẫn dựa vào theo dõi từ Trái Đất.
Artemis III (dự kiến 2026-2027) — Cuộc đổ bộ có phi hành đoàn đầu tiên gần cực nam Mặt Trăng. Nhiệm vụ này sẽ được hưởng lợi từ khung LTC ban đầu, đặc biệt cho đổ bộ chính xác và hoạt động bề mặt.
Artemis IV và xa hơn — Trạm Lunar Gateway sẽ được lắp ráp trong quỹ đạo. Nhiều quốc gia và đối tác thương mại sẽ vận hành tài sản bề mặt. Cơ sở hạ tầng thời gian Mặt Trăng đầy đủ trở nên thiết yếu.
Xa hơn Mặt Trăng — Sao Hỏa và vũ trụ sâu
Bài học từ việc thiết lập LTC sẽ áp dụng trực tiếp cho đo thời gian trên Sao Hỏa, nơi giãn nở thời gian hấp dẫn khác biệt (Sao Hỏa có khoảng 38% gia tốc trọng trường bề mặt Trái Đất), và độ trễ liên lạc lên đến 24 phút khiến đồng bộ thời gian thực với Trái Đất là không thể.
Một tiêu chuẩn Giờ Sao Hỏa Phối hợp cuối cùng sẽ cần thiết, được xây dựng trên cùng nguyên tắc tương đối tính như LTC nhưng với tham số riêng của Sao Hỏa. Khung đang được phát triển cho Mặt Trăng bây giờ là nơi thử nghiệm cho đo thời gian trên toàn hệ Mặt Trời.
Theo dõi giờ Mặt Trăng ngay bây giờ
Trong khi cơ sở hạ tầng LTC chính thức đang được xây dựng, bạn có thể xem giờ Mặt Trăng trông như thế nào ngày hôm nay bằng cách sử dụng đồng hồ Giờ Mặt Trăng Phối hợp trực tiếp trên trang web này. Đồng hồ áp dụng tốc độ lệch +56,02 µs/ngày vào UTC, tích lũy từ kỷ nguyên J2000.0, đưa ra xấp xỉ thời gian thực về những gì đồng hồ trên Mặt Trăng sẽ hiển thị.