Jak porównywanie atomowego wzorca czasu w Polsce współgra z satelitami? [KOMENTARZ]

Od czerwca br. międzynarodowe porównania TWSTFT dla rejonu Europa-Azja realizowane są za pośrednictwem satelity radiokomunikacyjnego Ekspress-80, wyniesionego na rakiecie Proton-M pod koniec lipca 2020 roku. Oznacza to możliwość zwiększenia pasma częstotliwości transferu danych, zmniejszenie szumu porównań i zapewnienie stabilniejszego poziomu odbieranego sygnału. Pozwoli to na poprawę jakości wspólnych transkontynentalnych porównań państwowej skali czasu UTC(PL), realizowanych z lokalizacji w Warszawie-Miedzeszyn za pośrednictwem stacji TWSTFT o akronimie GUM/NIT, zasilanej sygnałami wzorcowymi z państwowego wzorca czasu i częstotliwości z Głównego Urzędu Miar, natomiast stanowiącej własność oraz obsługiwanej i rozwijanej przez Instytut Łączności - Państwowy Instytut Badawczy.

W styczniu 2022 roku minie natomiast piąty rok, odkąd Laboratorium Czasu i Częstotliwości GUM wspólnie z IŁ-PIB, bierze udział w międzynarodowych porównaniach skal czasu dla rejonu Europa-Azja z wykorzystaniem geostacjonarnych satelitów radiotelekomunikacyjnych. Porównania te są prowadzone w ramach Konwencji Metrycznej i międzynarodowego systemu odnoszącego się do realizacji atomowej definicji sekundy SI (poprzez wyznaczanie w sposób ciągły międzynarodowych atomowych skal czasu TAI i UTC).

W chwili dołączenia stacji GUM/NIT do porównań TWSTFT, wykorzystywany był transponder satelity Ekspress-AM22, następnie od marca 2018 roku - przejściowo satelita ABS-2A, a od czerwca 2021 roku już niedawno wyniesiony satelita Ekspress-80. Drugi człon akronimu stacji GUM/NIT podkreśla lokalizację stacji TWSTFT w siedzibie IŁ-PIB w Warszawie-Miedzeszyn (z dala od silnie zurbanizowanego centrum Warszawy) i rolę IŁ-PIB jako głównego operatora systemu. GUM jako NMI (National Metrology Institute) zapewnia wysoką jakość i dostarcza sygnałów czasu oraz częstotliwości UTC(PL) - państwowej skali czasu będącej podstawą do wyznaczania czasu urzędowego na obszarze Rzeczypospolitej Polskiej oraz stanowiącej główne odniesienie dla realizacji atomowej definicji sekundy SI w Polsce. W ostatnim roku, IŁ-PIB dodatkowo wdrożył operacyjnie w stacji GUM/NIT specjalizowany odbiornik SDR (Software Defined Radio), który umożliwia zmniejszenie szumów pomiarowych związanych z interferencją sygnałów transmitowanych z różnych laboratoriów i wahań dobowych.

Satelita Ekspress-80 został umieszczony na orbicie geostacjonarnej nad południkiem 80° E, wymaga zatem skierowania anteny satelitarnej stacji GUM/NIT na wschód. Umożliwia przez to prowadzenie wspólnych porównań TWSTFT zarówno z położoną względem Warszawy daleko na wschodzie Japonią (NICT), ale także z położonymi od nas na zachód Niemcami (PTB), które mają antenę satelitarną skierowaną prawie poziomo - nieznacznie powyżej linii horyzontu (kąt elewacji: 3,7°). W grupie laboratoriów uczestniczących w porównaniach TWSTFT za pośrednictwem satelity E80 są jeszcze lub oczekują na dołączenie: Rosja (VNIFTRII - koordynator tych porównań), Korea Południowa (KRISS), Chiny (NIM i NTSC), Indie (NPLI) i Tajwan (TL).

W Polsce jest jeszcze druga analogiczna stacja TWSTFT, należąca do i użytkowana przez Obserwatorium Astrogeodynamiczne (AOS) Centrum Badań Kosmicznych PAN w Borowcu k/Poznania dla porównań skali czasu UTC(AOS), z anteną skierowaną na zachód w kierunku satelity geostacjonarnego Telstar 11N (37,5° W). Stacja TWSTFT w AOS uczestniczy w dwudrogowych porównaniach satelitarnych wspólnych dla Europy i obu Ameryk. Pomiędzy GUM a AOS jest łącze światłowodowe ze stabilizowaną transmisją sygnałów UTC(PL), co umożliwia połączenie obu polskich stacji TWSTFT ze sobą. Otwiera to szerokie możliwości rozwoju i badań nad metodą TWSTFT.

Dzięki tym porównaniom, dowiązanie państwowej skali czasu UTC(PL) do międzynarodowych atomowych skal czasu TAI i UTC jest bardziej niezawodne, możliwe jest bezpieczniejsze przeprowadzanie zmian konfiguracyjnych innych systemów porównań i prowadzenie prac badawczo-rozwojowych w szerokim obszarze, co łącznie podnosi bezpieczeństwo, dokładność i wiarygodność zarówno wyznaczania czasu urzędowego na obszarze Rzeczypospolitej Polskiej, jak i utrzymywania państwowego wzorca jednostek miar czasu i częstotliwości.

Jest to działalność pozornie niewidoczna dla społeczeństwa, natomiast odczuwalna dla każdego, m.in. w postaci dostępu do wiarygodnego czasu (np. gwarantującego bezpieczeństwo transakcji bezgotówkowych w telebankowości, poprawność funkcjonowania platform zamówieniowych, czy uszczelniającego kontrolę dostępu do różnych miejsc i systemów), w postaci dostępu do technologii wymagających precyzyjnej synchronizacji (telekomunikacja, teleinformatyka, energetyka, nawigacja satelitarna), czy porównywalności i zwiększonego zaufania do wyników pomiarów prowadzonych zarówno dla zwykłych użytkowników, jak i w kontroli produkcji w przemyśle oraz dla potrzeb prowadzenia i weryfikacji prac naukowych również w obszarze nauk podstawowych.

Samodzielne Laboratorium Czasu i Częstotliwości Głównego Urzędu Miar (GUM) działa w ramach zobowiązań nałożonych na mocy ustawy Prawo o miarach i ustawy o Czasie urzędowym na obszarze Rzeczypospolitej Polskiej. Prowadzi prace w dziedzinie pomiarów czasu i częstotliwości w zakresie: atomowych wzorców czasu i częstotliwości, wyznaczania atomowych skal czasu, precyzyjnego transferu czasu i częstotliwości, rozwoju metod pomiarowych oraz wyznaczania i dystrybucji czasu urzędowego w Rzeczypospolitej Polskiej.

Artykuł powstał we współpracy z: dr Albin Czubla, dr inż. Maciej Gruszczyński - Główny Urząd Miar