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太空没GPS迷路怎么办?脉冲星“宇宙灯塔”或帮助宇航员遨游太空

作者:时间:2020-06-25 08:42浏览:

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图片来历:NASA

几个世纪以来,水手们靠夜空中的星星或许灯塔在海上飞行。但一旦人类过渡到在太空游览和日子,这个等式就改变了。这便是为什么国际空间站上的科学家们正在寻觅一种用于深空游览的GPS替代品。

依据美国宇航局的一份新的声明,科学家们主张咱们运用中子星——也便是超新星爆破后恒星的残骸——作为“世界灯塔”,而不是依靠卫星星座。

科学家和工程师们正在运用国际空间站开发根据脉冲的导航体系,运用这些世界灯塔,在美国宇航局的阿尔特弥斯(Artemis)方案的月球之旅和未来的人类火星使命中,为导航供给协助。

脉冲星,或快速旋转的中子星,是恒星发生爆破构成超新星后所遗留下来的密核。它们以亮堂而狭隘的光束发射出X射线光子,在恒星旋转时像灯塔相同环视天空。从很远的当地看,它们好像在宣布脉冲,因而得名脉冲星。 

空间站外部的X射线望远镜,中子星内部成分探测器或NICER,搜集并记载来自天空中子星的X射线。软件内置在NICER,名为SEXTANT,正在运用脉冲星的信标创立一个相似GPS的体系。这个概念,一般被称为XNAV,能够供给整个太阳系和更远的自主导航。

“GPS运用精确同步的信号。某些中子星的脉动十分安稳,从长远来看,乃至与地上原子钟相同安稳,这使其有可能以相似的方法发挥作用。” NASA马里兰州格林贝尔戈达德太空飞行中心研讨员卢克·温特尼兹说。

脉冲的安稳性使得它们抵达太阳系任何参考点的时刻都能得到高度精确的猜测。科学家们现已开发了具体的模型,能够精确地猜测脉冲什么时候会抵达,比方地球中心。对脉冲抵达航天器探测器的时刻进行计时,并将其与估计抵达参考点的时刻进行比较,能够为导航供给远超地球的信息。

“脉冲星供给的导航信息不会由于远离地球而下降,由于脉冲星散布在银河系中。” SEXTANT小组成员、导航技能专家Munther Hassouneh说。

“它有效地将全球定位体系中的‘G’从全球变成了银河系。”团队成员Jason Mitchell弥补道,他是NASA太空通讯和导航项目高档通讯和导航技能部门的主管。“它能够在太阳系的任何当地作业,乃至能够在太阳系之外带着机器人或载人体系。”

脉冲星也能够在无线电波段观测到,但与无线电波不同的是,X射线不会被空间中的物质所推迟。此外,X射线探测器能够比无线电天线更紧凑、更细巧。

但由于X射线脉冲十分弱小,所以体系有必要满足强壮,才干搜集到满足导航的信号。NICER的大搜集区域使它挨近抱负的XNAV研讨。未来的XNAV体系能够更小,买卖规划更长的搜集时刻。 

“NICER尺度大约是一台洗衣机巨细,但你能够大幅削减它的巨细和体积。” Mitchell说,“例如,把XNAV望远镜装进一颗小卫星里,让它能独立导航小行星带,并描绘太阳系原始天体的特征,这将是很风趣的。”

在2018年宣布的一篇论文中,SEXTANT现已成功地在空间站上演示了实时脉冲导航。它还研讨了运用脉冲星进行计时和时钟同步,并协助扩展脉冲星目录,将其用作XNAV的参考点。

SEXTANT团队现在正在研讨XNAV在NASA Gateway平台上的自主导航技能,以支撑载人火星使命。假如宇航员需求单独回来地球,他们也能够用它来弥补船上的导航才能。

“Gateway环绕月球的轨迹大约为6天半,这将使咱们注视脉冲星的时刻更长。” Mitchell说,“这便是交易的来历;这个仪器就像一个桶,你在桶里装满了满足的X射线光子来丈量脉冲抵达的时刻。你能够有一个比NICER小几分之一的探测器。”

这类试验能够使引导世界飞船抵达目的地的世界灯塔向实际又迈进了一步。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

https://phys.org/news/2020-06-future-space-cosmic-lighthouses.html

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