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未来的永井日菜太空旅行者可能会跟随宇宙灯塔

天文学与空间 2022-01-14 00:01:15

美国宇航局的梅丽莎·加斯基尔 空间站外部的“更好”图片,背景是空间站的一个太阳能电池板

信用:NASA 几个世纪以来,灯塔帮助水手安全进入港口

他们的灯光扫过水面,穿过迷雾和黑暗,指引水手绕过危险的障碍物,让他们走在正确的道路上

未来,空间探索者可能会从脉冲星产生的稳定信号中获得类似的指导

科学家和工程师正在利用国际空间站开发基于脉冲星的导航,利用这些宇宙灯塔来帮助美国宇航局的阿尔特弥斯计划下的月球之旅和人类未来的火星任务寻找道路

脉冲星,或快速旋转的中子星,是爆炸成超新星的密度极高的恒星残骸

它们以明亮、狭窄的光束发射x光光子,当星星旋转时,这些光束像灯塔一样扫过天空

从很远的地方看,它们似乎在脉动,因此得名脉冲星

空间站外部的一个x光望远镜,中子星内部成分探索者或更好,收集并记录来自天空中中子星的x光到达时间

嵌入在NICER中的软件被称为X射线定时和导航技术站浏览器或六分仪,它使用脉冲星的信标来创建一个类似全球定位系统的系统。

这个概念,通常被称为XNAV,可以在太阳系内外提供自主导航

“全球定位系统使用精确同步的信号

马里兰州格林贝尔特的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的研究员卢克·温特尼茨说:“一些中子星的脉动非常稳定,有些甚至像地球上的原子钟一样长期稳定,这使得它们在类似的方面具有潜在的用途。”

脉冲的稳定性允许对它们到达太阳系任何参考点的时间进行高度精确的预测

科学家已经开发出详细的模型,可以精确预测脉冲何时到达,例如,地球的中心

将脉冲到达航天器探测器的时间与预计到达参考点的时间进行比较,可以为远在我们星球之外的航行提供信息

导航技术专家、六分仪小组成员芒特·哈索内说:“脉冲星提供的导航信息不会因为远离地球而退化,因为脉冲星分布在银河系的各个角落。”

“它有效地将全球定位系统中的‘G’从全球变成了银河,”团队成员杰森·米切尔补充道,他是美国国家航空航天局空间通信和导航项目高级通信和导航技术部门的主任

“它可以在太阳系的任何地方工作,甚至可以将机器人或载人系统带到太阳系之外

" 脉冲星也可以在无线电波段观察到,但与无线电波不同,x光不会被空间物质延迟

此外,x光探测器比射电望远镜更紧凑、更小

但由于x光脉冲非常微弱,系统必须足够强大,才能收集到足够导航用的信号

更好的大收集区域使其成为XNAV研究的理想之选

未来的XNAV系统可以做得更小,交易规模更大,收集时间更长

脉冲星或快速旋转中子星的描绘

它以明亮的窄光束发射x光光子或辐射粒子,当恒星旋转时,这些粒子像灯塔一样扫过天空

信用:比尔·萨克斯顿,NRAO/AUI/国家科学基金会 米切尔说:“更好一点的东西大概有洗衣机那么大,但是你可以大幅缩小它的体积。”

“例如,将一个XNAV望远镜安装到一颗能够独立导航小行星带和描述原始太阳系天体特征的小卫星上是很有趣的

" 正如在2018年的一篇论文中所发表的,六分仪已经在空间站上成功演示了基于脉冲星的实时导航

它还研究了脉冲星在计时和时钟同步方面的应用,并正在帮助扩展脉冲星目录,以用作XNAV的参考点

六分仪团队还包括戈达德的塞缪尔·普莱斯(Samuel Price)、肖恩·塞姆珀(Sean Semper)和韦恩·余(Wayne Yu);海军研究实验室合伙人保罗·雷和肯特·伍德;更好的首席研究员基思·根德鲁和科学带头人扎文·阿尔祖马尼安

该团队现在正在研究美国宇航局网关平台上的XNAV自主导航,作为支持载人火星任务的技术。

如果宇航员需要自己返回地球,他们也可以用它来补充机载导航能力

米切尔说:“盖特威围绕月球运行大约六天半的时间,这将让我们盯着脉冲星看更长的时间。”

“这就是交易的来源;这个仪器就像一个桶,你在这个桶里装满了足够的x光光子来测量脉冲到达的时间

你可以有一个比NICER小一点的探测器

" 这种实验可以将宇宙灯塔引导宇宙飞船到达它们的目的地,离现实又近了一步

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