Atomově přesné rádiem řízené hodinky (radio controlled)

Tagy: Technologie a pojmy | Klasické

Petr Borovec | 21.3.2018 | 9 MIN

Přesnost. Toto slovo se může stát synonymem pro rádiem řízené náramkové hodinky (RC, Radio Controlled), které vám vždy, jakmile jsou nastaveny na příslušnou časovou zónu, zobrazí dokonale přesný místní čas.

Samotný proces synchronizace probíhá zcela automaticky, zpravidla během noci, aby nedocházelo k rušení přijímaného rádiového signálu. Některé modely náramkových hodinek, určených zejména pro piloty, se pro maximální přesnost zobrazovaného času synchronizují i několikrát během dne. Samozřejmě pokud pro to nastanou vhodné podmínky. Synchronizaci času lze v případě potřeby spustit také manuálně pouhým stisknutím příslušného tlačítka.

Hodinky přijímají časový signál atomových hodin, vysílaný dlouhovlnými pozemními vysílacími stanicemi. Jejich signál je dostupný v okruhu od jednoho do třech tisíc kilometrů. Pro příjem rádiového signálu potřebují hodinky značné množství elektrické energie. Bývají proto vybaveny miniaturními solárními články. Ty přeměňují dopadající světlo na elektrickou energii, kterou se nabíjí akumulátor.

Rádiových stanic, vysílajících časové údaje, v různých pásmech a na různých frekvencích časový signál, je téměř padesát, a jsou nepravidelně rozmístěny na nejrůznějších místech planety. Jejich provoz zajišťují vládou pověřené instituce jednotlivých zemí. Většina výrobců náramkových hodinek využívá k synchronizaci času signály některých vybraných vysílačů, které jsou umístěny v Německu, Anglii, USA, Číně, a dvou vysílačů umístěných v Japonsku. Dlouhovlné signály se velice dobře šíří, a nevadí jim ani silné zdi budov. Zeslabují je jen železobetonové konstrukce a rušení, způsobené zejména televizory, smartphony a napájecími zdroji. V některých obdobích roku se může dosah rádiového signálu vlivem nepříznivých atmosférických podmínek snížit až na jednu třetinu.

Rádiem řízené hodinky v praxi

Všechny rádiem řízené hodinky jsou vybaveny funkcí automatické synchronizace času i data. Některé také umí automaticky nastavit letní čas (DST). Samozřejmě jen pokud je informace o letním čase obsažena ve vysílaném rádiovém signálu, jak je tomu v případě německé i anglické stanice.

Nastavení domovského města

To první, co musí uživatel všech rádiem řízených hodinek vždy udělat, je manuální nastavení domovského města, neboli lokálního časového pásma. Prahu v nabídce domovských měst nenajdeme, proto nastavíme jiné nejbližší hlavní město, nacházející se ve stejné časové zóně: Paříž nebo Berlín.

Příjem signálu se spouští automaticky i manuálně

Většina náramkových hodinek přijímá rádiový signál každou noc, nejčastěji v době kolem 2. hodiny. Večer je stačí odložit na vhodné místo, nejlépe na okno směřující k vysílači (v ČR směrem na západ), a o všechno ostatní se už postará v hodinkách zabudovaný procesor. Pokud je příjem časového signálu úspěšný, seřídí podle něj čas náramkových hodinek. A když se jeho příjem z nějakého důvodu nezdaří (například proto, že je rádiový signál zarušený nebo slabý), zahájí synchronizaci ještě jednou, nebo i vícekrát, vždy hodinu po posledním neúspěšném příjmu. Výrobcem stanovený počet pokusů je u jednotlivých modelů hodinek různý. Ráno si pak můžete úspěšnost poslední provedené synchronizace zkontrolovat.

Některé hodinky umožňují deaktivovat funkci každodenní automatické synchronizace času. To je výhodné pokud se například dlouhodobě nacházíte mimo dosah rádiového signálu, nebo mimo dosah přímého slunečního světla. Nebo pokud se rozhodnete, že si své hodinky budete synchronizovat manuálně, například jen jednou za několik dní. Deaktivací automatické synchronizace času dojde ke snížení spotřeby elektrické energie z akumulátoru hodinek. V takovém případě je jejich přesnost stejná, jako u většiny kvartzových hodinek (+/- desítky vteřin za měsíc).

Hodinky se taky o příjem signálu nesnaží v případě, když z nastaveného aktuálního města vyplývá, že žádný vysílač není v dosahu. Například Sydney (SYD) v Austrálii a vlastně kdekoliv jinde na jižní polokouli (všechny vysílače jsou na severní).

Rychlost synchronizace

Synchronizace času pomocí rádiového pozemního signálu trvá od 2 do 15 minut, tedy o dost déle, než synchronizace pomocí časového signálu GPS. Je to dáno zejména strukturou a obsahem informací přenášených pozemním rádiovým vysíláním v pásmu dlouhých vln.

Umístění přijímací antény

Rychlost synchronizace ovlivňuje nejen síla a kvalita rádiového signálu, ale také materiál pouzdra hodinek, vhodné nasměrování vestavěné antény, a zejména lokální zdroje elektomagnetického rušení.

Anténa bývá v pouzdru hodinek nejčastěji umístěna na pozici 9 nebo 12 hodin. Výrobci doporučují umístit hodinky v blízkosti okna, a nasměrovat je přijímací anténou směrem k vysílači. V naší zemi tedy směrem na západ. RC hodinky bývají vybaveny také indikátorem síly přijímaného rádiového signálu.

Na které pozemní stanice se hodinky naladí?

První rádiem řízené náramkové hodinky byly určeny převážně pro lokální trh, dokázaly přijímat rádiové signály jen z pozemní vysílací stanice DCF77 umístěné v Mainflingenu v Německu (Junghans). Hodinky, které dokázaly přijímat signály alespoň ze dvou pozemních vysílacích stanic (Citizen), se začaly označovat jako vícepásmové neboli MULTIBAND. Nejčastěji to byly modely určené buď pro příjem signálů z americké a dvou japonských vysílacích stanic, nebo modely určené pro příjem německé a anglické vysílací stanice.

Později se u hodinek značky Casio objevilo označení MULTIBAND 5, které znamenalo, že hodinky umí přijímat časové signály americké, anglické a německé vysílací stanice a dvou Japonských vysílacích stanic. Pozdější hodinky s označením MULTIBAND 6 navíc umí přijímat i časový signál čínské vysílací stanice.

Většina současných rádiem řízených náramkových hodinek umí přijímat časový signál ze čtyř až šesti pozemních vysílacích stanic:

• Severní Amerika - (WWVB), vysílač s dosahem 3000 km umístěný ve Fort Collins (Colorado).
• Anglie - (MSF), vysílač s dosahem 1500 km umístěný v Anthornu (Cumbria).
• Německo - (DCF77), vysílač s dosahem 1500 km umístěný v Mainflingenu (Hessen).
• Čína - (BPC), vysílač s dosahem 1500 km umístěný v Shangqiu (provincie Henan).
• Japonsko - (JJY), 2 vysílače, každý s dosahem 1000 km, umístěné na Mount Otakadoya (Fukushima) a Mount Hagane (Kyushu).

Když sečteme plochy, které těchto šest vysílačů pokrývá, tak nám vyjde přibližně 55 mil. km² (ve skutečnosti ještě méně, protože se některé plochy překrývají). Při celkové ploše Země 510 mil. km² to znamená cca 10% pokrytí. Na druhou stranu na těchto 10% plochy Země většina z nás (čechů) stráví 99,9% času svého života.

RC nebo GPS?

Alternativu k rádiem řízeným hodinkám přestavuje novější technologie GPS synchronizace času (od roku 2011). Mají zabudovaný miniaturní přijímač signálu z GPS satelitů, který je na rozdíl od pozemního rádiového signálu dostupný na celém zemském povrchu. Dokážou podle něj automaticky nastavit nejen přesný čas, ale také místní časové pásmo. K úspěšnému přijetí GPS signálu, potřebují hodinky z důvodu velké spotřeby elektrické energie dostatek slunečního světla, a také přímý výhled na oblohu. Jsou proto vybaveny ekologickou technologií solárního napájení, stejně jako rádiem řízené hodinky, ale bývají dražší.

Výhody RC proti GPS

• Nižší cena. Nejlevnější RC hodinky koupíte už kolem 2.000 Kč. Oproti tomu nejlevnější hodinky s GPS synchronizací času jsou Casio G-Shock Gravitymaster GPW-1000, které stojí kolem 20.000 Kč.
• Nižší nároky na spotřebu energie. RC hodinky potřebují pro provedení aktualizace mnohem méně energie (v řádu deseti až stonásobků), než hodinky s GPS synchronizací.

Nevýhody RC proti GPS

• Dostupnost signálu je omezena polohou vysílačů. V mnoha místech na Zemi stále není dostupný (Afrika, Austrálie, Jížní Amerika). Naproti tomu hodinky s GPS synchronizací času jsou dostupné doslova kdekoliv pod širým nebem.
• Neumí rozpoznat časovou zónu, ve které se nacházíte a musíte si ji nastavit ručně. Za určitých okolností umí hodinky rozpoznat i časovou zónu, ale obecně to vyřešeno není.

Další možností je Bluetooth synchronizace času, která je použitelná jen ve spojení s kompatibilním smartphonem, připojeným k síti internet. Synchronizace času a různé další doplňkové funkce, například aktualizace údajů o používání letního času, se ovládají prostřednictvím aplikace nainstalované ve smartphonu. Výhodou je velmi malá spotřeba elektrické energie.

Který výrobce byl první?

Prvenství jednoznačně patří německé hodinářské firmě Junghans, která v roce 1985 uvedla na trh první sériově vyráběné rádiem řízené stolní hodiny, a o rok později první solární rádiem řízené stolní hodiny Radio Controlled Solar 1.

Jako první protíná cílovou pásku německý Junghans

V roce 1990 získal Junghans své třetí prvenství, když na trh uvedl hodinky Mega 1 - první rádiem řízené náramkové hodinky na světě. Měly přijímací anténu zabudovanou do řemínku a uměly přijímat pozemní rádiový signál německé vysílací stanice DCF77, umístěné v Mainflingenu (asi 25 km od Frankfurtu nad Mohanem). Jejich futuristický vzhled pocházel od německé firmy Frog Design, světově uznávaného tvůrce takzvaného emocionálního designu, jehož krédo zní: "Forma následuje emoce".

První solární náramkové hodinky vyvinul Junghans v roce 1992, a na trh je uvedl o rok později pod zvláštním označením X2005, group 21. Na jejich designu se opět podílelo německé návrhářské studio Frog Design.

Japonci vrací úder

První rádiem řízené hodinky, které uměly přijímat signál z více vysílačů (2x Japonsko, Německo, Anglie), představila japonská hodinářská firma Citizen v roce 1993. Hodinky s označením AG 7400 se vyznačovaly zejména odvážným designem s přijímací anténou umístěnou ve středu ciferníku pod sklíčkem. V roce 1999 následovaly první rádiem řízené a solárně poháněné hodinky Citizen Attesa Eco-Drive Radio-Controlled Watch, které byly určeny pouze pro japonský trh.

Japonská hodinářská firma Casio uvedla na trh své první rádiem řízené hodinky v modelové řadě G-Shock v roce 2000 pod označením Casio Master of G GW-100. V listopadu 2001 pak uvedla na trh své první rádiem řízené hodinky se solárním napájením Casio Wave Ceptor WVA-300, a o rok později první rádiem řízené hodinky se solárním napájením v modelové řadě G-Shock, s prostým označením "The G".

Zajímavosti z historie rádiového řízení času

Pravděpodobně prvním člověkem, který veřejně představil koncepci rádiového řízení hodin, byl irský optický inženýr Sir Howard Grubb. Došlo k tomu v listopadu 1898 na přednášce před Královskou společností v Dublinu. A v roce 1903 začalo Námořnictvo Spojených států vysílat ze své US Naval Observatory ve Washingtonu první rádiový časový signál na světě. Do té doby se přesný čas vysílal prostřednictvím telegrafu. Královská observatoř v Greenwich začala telegrafovat přesný čas poprvé v roce 1852. Takzvaný Greenwich Mean Time (GMT) se během několika následujících let stal nejen jednotným časem celé Anglie, ale později také základem celosvětového systému měření času.

V Evropě začaly jako první vysílat časový signál Německo a Francie v roce 1910. U nás bylo krátkovlné vysílání časového signálu hodin, vyvinutých v Ústavu radiotechniky a elektroniky Akademie věd ČR, zahájeno v roce 1955. Později se vysílání časového signálu přesunulo do pásma dlouhých vln, jehož výhodou je větší dosah signálu. Československá stanice OMA 50 vysílala časový signál od roku 1957 (světově první dlouhovlné vysílání). Po definování Pražského koordinovaného času (UTC Tempus Pragense) v lednu 1969, vysílala tato stanice přesný čas v mikrosekundové shodě se světovým koordinovaným časem UTC (nástupcem dříve používaného Greenwich Mean Time). V 70. letech však státní podnik Pragotron vyrobil jen několik exemplářů hodin řízených časovým signálem OMA 50, tak roku 1995 bylo vysílání této stanice zrušeno pro neúnosnou nákladnost jejího provozu.

Na našem území je dnes dostupné vysílání německé stanice DCF77, umístěné v Mainflingenu (asi 25 km jihovýchodně od Frankfurtu nad Mohanem), které bylo zahájeno v září 1970. Její dosah je až 2 000 km. Signál obsahuje kromě přesného času, aktuálního data, dne v týdnu, časové zóny, přestupné sekundy a přechodu na letní čas také předpověď počasí pro 60 regionů v Evropě (na ČR připadají 3 regiony). Provoz vysílače zajišťuje Spolková pošta Telekom, která provozuje vlastní vysílač a antény, a Spolkový fyzikálně-technický ústav PTB Braunschweig, který odpovídá za přesnost časového signálu atomových hodin.

Signál německé vysílací stanice DCF77 se využívá například k synchronizaci všech nádražních hodin železniční společnosti Deutsche Bahn, a dalším aplikacím ve veřejné správě, energetice, dopravě nebo v průmyslu. Informace o počasí, obsažené v signálu, přijímají běžně dostupné domácí meteostanice.

Další informace:

• Krásný přehled pokrytí vysílačů Multi Band 6 na stánkách Casio Edifice
• Frankfurtský vysílač DCF77 na Wikipedii

11.12.2023 - Agáta Vřeská
6 NEJ: Pánské hodinky s RC nebo GPS synchronizací