Atómovo presné rádiom riadené hodinky (radio controlled)

Tagy: Technológie a pojmy | Klasické

Petr Borovec | 21.8.2018 | 10 MIN | 2x komentár

Presnosť. Toto slovo se môže stať synonymom pre rádiom riadené náramkové hodinky (RC, Radio Controlled), ktoré vám vždy, akonáhle sú nastavené na príslušnú časovú zónu, zobrazia dokonale presný miestny čas.

Samotný proces synchronizácie prebieha úplne automaticky, spravidla behom noci, aby nedochádzalo k rušeniu prijímaného rádiového signálu. Niektoré modely náramkových hodiniek, určených hlavne pre pilotov, sa pre maximálnu presnosť zobrazovaného času synchronizujú aj niekoľkokrát v priebehu dňa. Samozrejme pokiaľ pre to nastanú vhodné podmienky. Synchronizáciu času možno v prípade potreby spustiť tiež manuálne stlačením príslušného tlačítka.

Hodinky prijímajú časový signál atómových hodín, vysielaný dlhovlnnými pozemnými vysielacími stanicami. Ich signál je dostupný v okruhu od jedného do troch tisíc kilometrov. Pre príjem rádiového signálu potrebujú hodinky značné množstvo elektrickej energie. Bývajú preto vybavené miniatúrnymi solárnymi článkami. Tie premieňajú dopadajúce svetlo na elektrickú energiu, ktorou sa nabíjajú akumulátori.

Rádiových staníc, ktoré vysielajú časové údaje, a to v rôznych pásmach a na rôznych frekvenciách, je takmer päťdesiat. Sú nepravidelne rozmiestnené na najrôznejšich miestach planéty. Ich prevádzku zaisťujú vládou poverené inštitúcie jednotlivých zemí. Väčšina výrobcov náramkových hodiniek využíva na synchronizáciu času signály niektorých vybraných vysielačov, ktoré sú umiestnené v Nemecku, Anglicku, USA, Číne, a dvoch vysielačov umiestnených v Japonsku. Dlhovlnné signály sa veľmi dobre šíria a nevadia im ani silné steny budov. Zoslabujú ich iba železobetónové konštrukcie a rušenie, spôsobené hlavne televízormi, smartfónmi a napájacími zdrojmi. V niektorých obdobiach roku se môže dosah rádiového signálu vplyvom nepriaznivých atmosférických podmienok znížiť až na jednu tretinu.

Rádiom riadené hodinky v praxi

Všetky rádiom riadené hodinky sú vybavené funkciou automatickej synchronizácie času aj dátumu. Niektoré tiež vedia automaticky nastaviť letný čas (DST). Samozrejme len pokiaľ je informácia o letnom čase obsiahnutá vo vysielanom rádiovom signále. Tak je tomu v prípade nemeckej aj anglickej stanice.

Nastavenie domovského mesta

Prvé, čo musí užívateľ všetkých rádiom riadených hodiniek vždy urobiť, je manuálne nastavenie domovského mesta, alebo lokálneho časového pásma. Bratislavu ani Prahu v ponuke domovských miest nenájdeme, preto nastavíme iné najbližšie hlavné mesto, ktoré sa nachádza v rovnakej časovej zóne: Paríž alebo Berlín.

Príjem signálu sa spúšťa automaticky aj manuálne

Väčšina náramkových hodiniek prijíma rádiový signál každú noc, nejčastejšie v dobe okolo 2. hodiny. Večer ich stačí odložiť na vhodné miesto, nejlepšie na okno smerujúce k vysielaču (v SR smerom na západ). O všetko ostatné sa postará v hodinkách zabudovaný procesor. Pokiaľ je príjem časového signálu úspešný, zriadi sa podľa neho čas náramkových hodiniek. A keď sa jeho príjem z nejakých dôvodov nepodarí (napríklad preto, lebo je rádiový signál prerušený alebo slabý), zaháji synchronizáciu ešte raz, alebo aj viackrát, vždy hodinu po poslednom neúspešnom príjme. Výrobcom stanovený počet pokusov je u jednotlivých modelov hodiniek rôzny. Ráno si potom môžete úspešnosť poslednej uskutočnenej synchronizácie skontrolovať.

Niektoré hodinky umožňujú deaktivovať funkciu každodennej automatickej synchronizácie času. To je výhodné pokiaľ sa napríklad dlhodobo nachádzate mimo dosah rádiového signálu, alebo mimo dosah priamého slnečného svetla. Alebo ak sa rozhodnete, že si svoje hodinky budete synchronizovať manuálne, napríklad len raz za niekoľko dní. Deaktiváciou automatickej synchronizácie času dôjde k zníženiu spotreby elektrickej energie z akumulátora hodiniek. V takom prípade je ich presnosť rovnaká ako u väčšiny quartzových hodiniek (+/- desiatky sekúnd za mesiac).

Hodinky sa tiež o príjem signálu nesnažia v prípade, kedy z nastaveného aktuálneho miesta vyplýva, že žiadny vysielač nie je v dosahu. Napríklad Sydney (SYD) v Austrálii a vlastne kdekoľvek inde na južnej pologuli (všetky vysielače sú na severnej).

Rýchlosť synchronizácie

Synchronizácia času pomocou rádiového pozemného signálu trvá od 2 do 15 minút, teda o dosť dlhšie ako synchronizácia pomocou časového signálu GPS. Je to dané hlavne štruktúrou a obsahom informácií prenášaných pozemným rádiovým vysielaním v pásme dlhých vĺn.

Umiestnenie prijímacej antény

Rýchlosť synchronizácie ovplyvňuje nielen sila a kvalita rádiového signálu, ale tiež materiál puzdra hodiniek, vhodné nasmerovanie vstavanej antény, a hlavne lokálne zdroje elektromagnetického rušenia.

Anténa býva v puzdre hodiniek nejčastejšie umiestnená na pozícii 9 alebo 12 hodín. Výrobcovia doporučujú umiestniť hodinky v blízkosti okna a nasmerovať ich prijímacou anténou smerom k vysielači. V Slovenskej republike teda smerom na západ. RC hodinky bývajú vybavené tiež indikátorom sily prijímaného rádiového signálu.

Na ktoré pozemné stanice sa hodinky naladia?

Prvé rádiom riadené náramkové hodinky boli určené prevažne pre lokálny trh, dokázali prijímať rádiové signály len z pozemnej vysielacej stanice DCF77, umiestnenej v Mainflingenu v Nemecku (Junghans). Hodinky, ktoré dokázali prijímať signály aspoň z dvoch pozemných vysielacích staníc (Citizen), sa začali označovať ako viacpásmové alebo MULTIBAND. Najčastejšie to boli modely určené buď pre príjem signálov z americkej a dvoch japonských vysielacích staníc, alebo modely určené pre príjem nemeckej a anglickej vysielacej stanice.

Neskôr sa u hodiniek značky Casio objavilo označenie MULTIBAND 5, ktoré znamenalo, že hodinky vedia prijímať časové signály americkej, anglickej a nemeckej vysielacej stanice a dvoch Japonských vysielacích staníc. Neskôršie hodinky s označením MULTIBAND 6 navyše vedia prijímať aj časový signál čínskej vysielacej stanice.

Väčšina súčasných rádiom riadených náramkových hodiniek dokáže prijímať časový signál zo štyroch až šiestich pozemných vysielacích staníc:

• Severná Amerika - (WWVB), vysielač s dosahom 3000 km umiestnený vo Fort Collins (Colorado).
• Anglicko - (MSF), vysielač s dosahom 1500 km umiestnený v Anthorne (Cumbria).
• Nemecko - (DCF77), vysielač s dosahom 1500 km umiestnený v Mainflingenu (Hessen).
• Čína - (BPC), vysielač s dosahom 1500 km umiestnený v Shangqiu (provincia Henan).
• Japonsko - (JJY), 2 vysielače, každý s dosahom 1000 km, umiestnené na Mount Otakadoya (Fukushima) a Mount Hagane (Kyushu).

Keď spočítame plochy, ktoré týchto šesť vysielačov pokrýva, vyjde nám asi 55 mil. km² (v skutočnosti ešte menej, lebo sa niektoré plochy prekrývajú). Pri celkovej ploche Zeme 510 mil. km² ,to znamená cca 10% pokrytia. Na druhú stranu na týchto 10% plochy Zeme väčšina z nás strávi 99,9% času svojho života.

RC alebo GPS?

Alternatívu k rádiom riadeným hodinkám prdstavuje novšia technológia GPS synchronizácie času (od roku 2011). Majú zabudovaný miniaturny prijímač signálu z GPS satelitov, ktorý je na rozdiel od pozemného rádiového signálu dostupný na celom zemskom povrchu. Dokážu podľa neho automaticky nastaviť nielen presný čas, ale tiež miestne časové pásmo. K úspešnému prijatiu GPS signálu, potrebujú hodinky z dôvodu veľkej spotreby elektrickej energie dostatok slnečného svetla, a tiež priamy výhľad na oblohu. Sú preto vybavené ekologickou technológiou solárneho napájania, rovnako ako rádiom riadené hodinky, ale bývajú drahšie.

Výhody RC proti GPS

• Nižšia cena. Najlacnejšie RC hodinky kúpíte už okolo 80€. Oproti tomu najlacnejšie hodinky s GPS synchronizáciou času sú Casio G-Shock Gravitymaster GPW-1000, ktoré stoja okolo 800€.
• Nižšie nároky na spotrebu energie. RC hodinky potrebujú pre uskutočnenie aktualizácie omnoho menej energie (v rade desať až stonásobkov), ako hodinky s GPS synchronizáciou.

Nevýhody RC proti GPS

• Dostupnosť signálu je obmedzená polohou vysielačov. Na mnohých miestach na Zemi stále nie je dostupný (Afrika, Austrália, Južná Amerika). Naproti tomu hodinky s GPS synchronizáciou času sú dostupné doslova kdekoľvek pod šírym nebom.
• Nevedia rozpoznať časovú zónu, v ktorej se nachádzate a musíte si ju nastaviť ručne. Za určitých okolností vedia hodinky rozpoznať aj časovú zónu, ale všeobecne to nie je vyriešené.

Ďalšou možnosťou je Bluetooth synchronizácia času, ktorá je použiteľná len v spojení s kompatibilným smartfónom, pripojeným k sieti internet. Synchronizácia času a rôzne ďalšie doplnkové funkcie, napríklad aktualizácie údajov o používání letného času, sa ovládajú prostredníctvom aplikácie nainštalovanej v smartfóne. Výhodou je veľmi malá spotreba elektrickej energie.

Ktorý výrobca bol prvý?

Prvenstvo jednoznačne patrí nemeckej hodinárskej firme Junghans, ktorá v roku 1985 uviedla na trh prvé sériovo vyrábané, rádiom riadené stolné hodiny a o rok neskôr prvé solárne, rádiom riadené stolné hodiny Radio Controlled Solar 1.

Ako prvý prešiel cieľovou páskou nemecký Junghans

V roku 1990 získal Junghans svoje tretie prvenstvo, keď na trh uviedol hodinky Mega 1 - prvé rádiom riadené náramkové hodinky na svete. Mali prijímaciu anténu zabudovanú do remienka a vedeli prijímať pozemný rádiový signál nemeckej vysielacej stanice DCF77, umiestnenej v Mainflingene (asi 25 km od Frankfurtu nad Mohanom). Ich futuristický vzhľad pochádzal z nemeckej firmy Frog Design, svetovo uznávaného tvorcu takzvaného emocionálneho dizajnu, ktorého krédo znie: "Forma nasleduje emócie".

Prvé solárne náramkové hodinky vyvinul Junghans v roku 1992 a na trh ich uviedol o rok neskôr pod zvláštnym označením X2005, group 21. Na ich dizajne sa opäť podielalo nemecké návrhárske štúdio Frog Design.

Japonci vracajú úder

Prvé rádiom riadené hodinky, ktoré vedeli prijímať signál z viacerých vysielačov (2x Japonsko, Nemecko, Anglicko), predstavila japonská hodinárská firma Citizen v roku 1993. Hodinky s označením AG 7400 sa vyznačovali hlavne odvážnym dizajnom s prijímacou anténou umiestnenou v strede ciferníka pod sklíčkom. V roku 1999 nasledovali prvé rádiom riadené a solárne poháňané hodinky Citizen Attesa Eco-Drive Radio-Controlled Watch, ktoré boli určené iba pre japonský trh.

Japonská hodinárská firma Casio uviedla na trh svoje prvé rádiom riadené hodinky v modelovom rade G-Shock v roku 2000 pod označením Casio Master of G GW-100. V novembri 2001 potom uviedla na trh svoje prvé rádiom riadené hodinky so solárnym napájaním Casio Wave Ceptor WVA-300, a o rok neskôr prvé rádiom riadené hodinky so solárnym napájaním v modelovom rade G-Shock, s jednoduchým označením "The G".

Zaujímavosti z histórie rádiového riadenia času

Pravdepodobne prvým človekom, ktorý verejne predstavil koncepciu rádiového riadenia hodín, bol írsky optický inžinier Sir Howard Grubb. Došlo k tomu v novembri 1898 na prednáške pred Kráľovskou spoločnosťou v Dubline. A v roku 1903 začalo Námorníctvo Spojených štátov vysielať zo svojej US Naval Observatory vo Washingtone, prvý rádiový časový signál na svete. Do tej doby sa presný čas vysielal prostrednictvom telegrafu. Kráľovské observatórium v Greenwich začalo telegrafovať presný čas po prvýkrát v roku 1852. Takzvaný Greenwich Mean Time (GMT) se behom niekoľkých nasledujúcich rokov stal nielen jednotným časom celého Anglicka, ale neskôr tiež základom celosvetového systému merania času.

V Európe začali ako prví vysielať časový signál Nemecko a Francúzsko v roku 1910. Na území ČR bolo krátkovlnné vysielanie časového signálu hodín, vyvinuté v Ústave rádiotechniky a elektroniky Akadémie vied ČR, zahájené v roku 1955. Neskôr sa vysielanie časového signálu presunulo do pásma dlhých vĺn, ktorých výhodou je väčší dosah signálu. Československá stanica OMA 50 vysielala časový signál od roku 1957 (svetovo prvé dlhovlnné vysielanie). Po definovaní Pražského koordinovaného času (UTC Tempus Pragense) v januári 1969, vysielala táto stanica presný čas v mikrosekundovej zhode so svetovým koordinovaným časom UTC (nástupcom už skôr používaného Greenwich Mean Time). V 70- tych rokoch však štátny podnik Pragotron vyrobil len niekoľko exemplárov hodín riadených časovým signálom OMA 50, tak bolo roku 1995 vysielanie tejto stanice zrušené pre neúnosnú nákladnosť jej prevádzky.

Na našom území je dnes dostupné vysielenie nemeckej stanice DCF77, umiestnené v Mainflingene (asi 25 km juhovýchodne od Frankfurtu nad Mohanom), ktoré bolo zahájené v septembri 1970. Jej dosah je až 2 000 km. Signál obsahuje okrem presného času, aktuálného dátumu, dňa v týždni, časovej zóny, priestupnej sekundy a prechodu na letný čas, tiež predpoveď počasia pre 60 regiónov v Európe (na ČR pripadajú 3 regióny). Prevádzku vysielača zaisťuje Spolková pošta Telekom, ktorá prevádzkuje vlastný vysielač a antény, a Spolkový fyzikálno-technický ústav PTB Braunschweig, ktorý zodpovedá za presnosť časového signálu atómových hodín.

Signál nemeckej vysielacej stanice DCF77 sa využíva napríklad na synchronizáciu všetkých staničných hodín železničných spoločností Deutsche Bahn, a ďalšie aplikácie vo verejnej správe, energetike, doprave alebo v priemysle. Informace o počasí, obsiahnuté v signálu, prijímajú bežne dostupné domáce meteostanice.

Ďalšie informácie:

• Krásny prehľad pokrytia vysielačov Multi Band 6 na stánkach Casio Edifice
• Frankfurtský vysielač DCF77 na Wikipédii