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NASA测试深空导航系统:用脉冲星X射线信号定位

据外媒报道,有了GPS,人们很难在地球上走丢,但如果换成深太空则完全是另外一回事了。令人难以置信的距离、三维旅行、明显地标的匮乏 ,这一切都让太空导航变得异常复杂。在过去,脉冲星被作为一个解决方案,不过现在,一支NASA科研团队提出了一个新方法,即宇宙飞船通过追踪一组脉冲星的可预测X射线信号来不间断地、自动估算自己当前的位置。

NASA测试深空导航系统:用脉冲星X射线信号定位

据了解,当恒星死亡时,它们会自动坍缩,通常都变成了黑洞,但并不是所有都这样,如果是质量是我们太阳10-29倍的恒星,它们将变成中子星。在这当中,部分中子星由于极强磁场和极快旋转作用而会从两级发射出电磁辐射光束,如果地球在这些光束的路径中就能检测到信号,也就是“脉冲”并由此得名脉冲星。

由于脉冲星以恒定的速度旋转,所以它们信号的预测准确度非常高,像毫秒脉冲星甚至对未来几年作出预测。正是因为这种极端的规律性使其成为了完美的深空导航工具。

NASA测试深空导航系统:用脉冲星X射线信号定位

用这些天然的信标导航这一想法早在2012年就已形成,一直到2016年,欧航局(ESA)才对此公布了一份详细的可行性研究,其概述了脉冲星导航的工作原理。现在,NASA则将这一设想搬到了现实,他们展开了一个叫做Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology(以下简称SEXTANT)的实验。

科研团队在实验中使用了装有52个X射线望远镜的Neutron-star Interior Composition Explorer(NICER)探测器。2017年11月,团队对4个特定毫秒脉冲星进行了实验,期间他们进行了78次时间测量。机载算法将这些数据组合在一起然后精准定位出NICER的位置,最终再将结果与卫星GPS数据进行比较。

尽管NICER在地球轨道的飞行速度超过了17500mph(28000km/h),但这种新方法仅用了8个小时时间就将位置缩小到了10英里(16公里)的半径范围内,最好的时候则能达到了3英里(5公里)。

SETANT系统构架师Luke Winternitz表示,这比他们实验分配的两周时间要快得多。

NASA测试深空导航系统:用脉冲星X射线信号定位

虽然3英里的误差对于寻找地球上的房子可能太大,但在浩瀚的太空内却可以忽略不计。

如果脉冲导航系统最终投入使用,那么未来太空飞船将能精确地追踪到它们在三维空间的位置并可以在不需要跟地球通信的情况下也能自动调整路线让自己停留在目标位置上。

获悉,第二轮实验将在今年下半年进行。

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