簡介：NASA發(fā)明一種新型自主空間導(dǎo)航系統(tǒng)（X射線計(jì)時(shí)和導(dǎo)航技術(shù)站探測器SEXTANT），利用脈沖星的電離輻射在X射線中最為明顯而用于觀測毫秒脈沖星。該技術(shù)在未來有望發(fā)展成深空艦船的導(dǎo)航系統(tǒng)且協(xié)助完成火星計(jì)劃。
美國國家航空航天局(NASA)發(fā)明了一種新型的自主空間導(dǎo)航，通過使用脈沖星作為向?qū)牵梢钥吹饺嗽旌教炱黠w向太陽系的遠(yuǎn)處，甚至更遠(yuǎn)。
這種導(dǎo)航系統(tǒng)被稱為X射線定時(shí)和導(dǎo)航技術(shù)探測站，或者也可以稱為“六分儀”(這是以18世紀(jì)的航海導(dǎo)航儀器命名的)，它使用X射線技術(shù)來觀測毫秒脈沖星，就像GPS使用衛(wèi)星一樣。
美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的六分儀項(xiàng)目經(jīng)理杰森·米切爾（Jason Mitchell）說：“這次演示是未來深空探索的一個(gè)突破。”
“作為第一個(gè)在太空中演示完全自主、實(shí)時(shí)的X射線導(dǎo)航，我們現(xiàn)在走在了前列。”
脈沖星是高度磁化、快速旋轉(zhuǎn)的中子星，它是大質(zhì)量恒星的核心坍塌并爆炸的結(jié)果。
當(dāng)這些脈沖星旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們會(huì)發(fā)出電磁輻射。如果觀察者處于正確的位置，它們看起來就像一束橫掃的光束，宛若宇宙中的燈塔一般。
它們也是非常規(guī)則的——就某些毫秒脈沖星而言，它們每秒可以自轉(zhuǎn)數(shù)百次，可以與原子鐘相媲美。
這就是六分儀項(xiàng)目背后的思路。這些脈沖星非常規(guī)則，而且它們在宇宙中的位置是固定的，所以可以將它們像全球定位系統(tǒng)使用原子鐘一樣利用。
“六分儀”的工作原理就像一個(gè)GPS接收器，可以從至少三顆GPS衛(wèi)星獲取信號，而且這三顆衛(wèi)星都配備了原子鐘。接收器測量來自每顆衛(wèi)星的時(shí)間延遲，并將其轉(zhuǎn)換為空間坐標(biāo)。
脈沖星發(fā)出的電磁輻射在X射線光譜中最為明顯，這就是為什么NASA的工程師選擇在六分儀項(xiàng)目中使用X射線探測。
為此，他們使用了附屬于國際空間站的天文臺。在這個(gè)只有洗衣機(jī)大小的天文臺上有著這樣一臺機(jī)器，它被稱為中子星內(nèi)部成分探測器，或NICER（Neutron-star Interior Composition Explorer），其包含52個(gè)X射線望遠(yuǎn)鏡和硅漂移探測器，用于研究包括脈沖星在內(nèi)的中子星。
這樣，工程師們更好地鎖定了四顆脈沖星，分別是J0218+4232、B1821-24、J0030+0451和J0437-4715，這四顆脈沖星非常精確，工程師們可以在未來幾年準(zhǔn)確地預(yù)測它們的脈沖。
在兩天多的時(shí)間里，NICER對這些脈沖星進(jìn)行了78次測量，并將數(shù)據(jù)送入“六分儀”。然后，“六分儀”利用這些測量值計(jì)算出NICER衛(wèi)星在國際空間站繞地球軌道上的位置，并與GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，目的是在半徑10英里(16公里)的范圍內(nèi)定位NICER衛(wèi)星。在8個(gè)小時(shí)內(nèi)，系統(tǒng)就已計(jì)算出NICER的位置，并且在接下來的實(shí)驗(yàn)中保持在10英里的門檻以下。
“這比我們分配給實(shí)驗(yàn)的兩周時(shí)間要快得多，”六分儀系統(tǒng)架構(gòu)師盧克·溫特尼茨（Luke Winteritz）說，“跡象表明我們的系統(tǒng)將會(huì)工作，但周末的實(shí)驗(yàn)才最終證明了該系統(tǒng)自主工作的能力。”
這項(xiàng)技術(shù)可能需要幾年的時(shí)間才能開發(fā)成適用于深空飛船的導(dǎo)航系統(tǒng)，但這個(gè)概念已經(jīng)得到了驗(yàn)證。
現(xiàn)在，團(tuán)隊(duì)正在擼起袖子對系統(tǒng)進(jìn)行完善。他們將更新并微調(diào)軟件，為2018年下半年的另一次實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。他們還希望降低硬件的尺寸、重量和功耗要求。
最終，“六分儀”可以用來計(jì)算遠(yuǎn)離地球GPS衛(wèi)星范圍的行星衛(wèi)星的位置，并幫助人類執(zhí)行航天任務(wù)，比如航天局計(jì)劃的火星任務(wù)。
項(xiàng)目經(jīng)理米切爾說：“這次成功的演示堅(jiān)定地確立了X射線脈沖星導(dǎo)航作為一種新的自主導(dǎo)航能力的可行性。”
“我們已經(jīng)證明，這項(xiàng)技術(shù)的成熟版本可以加強(qiáng)太陽系內(nèi)外任何地方的深空探索。”
作者: physics-astronomy
FY: 羅導(dǎo)
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