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X射線脈沖星為深空GPS系統指明了方向

2016-08-30 來源:騰訊太空 作者:羅輯/編譯 字號:

X射線脈沖星為深空GPS系統指明了方向

最簡單的一種被稱為“三角修正”,通過利用船上原子鐘對從單一脈沖星定期傳入的X射線脈沖進行記時,并將結果與在標準位置脈沖的預期到達時間相比較。

騰訊太空訊 據國外媒體報道,國家物理實驗室(NPL)和萊徹斯特大學的科學家已經開發了一套星際間導航技術,這項技術基于來自X射線脈沖星的高度周期性信號。根據研究者的說法,利用搭載在飛船上的小型X射線望遠鏡,飛船就可以在深空中確定自己的方位,精度甚至能達到2公里。整套系統被稱為“XNAV”,它借助對脈沖星信號的仔細記時來對飛船進行三角定位,從而得出飛船相較于一個標準位置的方位。

當脈沖星旋轉時,它們會從兩極放出電磁波輻射。如果這些射線指向地球,那么它們就表現為規律的脈沖。有些雙星系統中的脈沖星會從他們的伴星處奪取氣體,這些氣體會聚集在脈沖星的兩極。氣體在此會被加熱到極高的溫度,以至于向外釋放X射線。這就是用作星際導航的脈沖星,如同龐大而笨重的天線。相較而言X射線探測器則小得多,它們常常只搭載一個單像素的傳感器,很容易就能裝進宇宙飛船的載荷里。

到2013年,XNAV的有關理論研究已經達到了一個關鍵點。歐空局組織了一支由科學家Setnam Shemar牽頭的團隊來進行可行性研究,以期有朝一日能將這一技術運用在飛船上。Shemar的團隊分析了兩種技術:最簡單的一種被稱為“三角修正”,通過利用船上原子鐘對從單一脈沖星定期傳入的X射線脈沖進行記時,并將結果與在標準位置脈沖的預期到達時間相比較。兩個記時結果之間的差異,連同通過地面跟蹤估計的航天器初始位置綜合考慮,就可以得到更精確的飛船位置。

萊徹斯特大學的Adrian Martindale也是可行性研究團隊的一員。他表示,盡管操控機制后的工程非常復雜,但所需的科技并非遙不可及。在成本、復雜性以及XNAV需要的X射線探測器的規模上,團隊引用了將于2018年的Bepi-Colombo任務發射升空的水星成像和X射線光譜儀(MIXS)作為例證。Shemar認為他們已經證明整個計劃具備可行性,但他同時提醒我們,一些技術必需追趕理論工作。盡量減小探測器質量、減少每個脈沖星的觀測時間與開發一個合適的操控機制都是巨大挑戰。

科學家認為對XNAV很快將用于太空飛船的導航仍抱有疑慮,技術會隨著實際需求出現。自動化脈沖星導航對于深空探測任務的確很有吸引力,但是很長一段時間里我們都沒有類似的計劃,這項研究已經發表在期刊《實驗天文學》上。

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