211service.com
Starpplanētu GPS, kas izmanto pulsāra signālus
Navigācija kosmosā ir grūts bizness. Parastā metode balstās uz Zemes izsekošanas stacijām, lai noteiktu kosmosa kuģa attālumu, izmantojot radioviļņus, kas ir aptuveni metra precizitāte.
Tas ir labi attiecībā uz radiālo attālumu, taču izsekot kosmosa kuģa leņķisko stāvokli ir daudz grūtāk radio antenu ierobežotās leņķiskās izšķirtspējas dēļ. Pašreizējās tehnoloģijas rada aptuveni četru kilometru nenoteiktību uz vienu astronomisko attāluma vienību starp Zemi un kosmosa kuģi.
Tātad kosmosa kuģim, kas atrodas Plutona attālumā, tā ir 200 kilometru nenoteiktība, savukārt Voyager 1 attālumā nenoteiktība ir 500 kilometri.
Tātad veids, kā kosmosa kuģi varētu precīzi noteikt savu atrašanās vietu, noteikti būtu noderīgs.
Šodien Verners Bekers no Maksa-Planka ārpuszemes fizikas institūta Vācijā un pāris draugi ir izstrādājuši praktiskas detaļas autonomai kosmosa kuģa navigācijas sistēmai, izmantojot pulsāru signālus. Viņi saka, ka pašlaik izstrādātā tehnoloģija ļaus kosmosa kuģiem noteikt savu atrašanās vietu piecu kilometru attālumā jebkurā Saules sistēmas vietā.
Ideja izmantot pulsārus, lai pārvietotos kosmosā, radās vairākus gadu desmitus. Bet Bekers un kolēģi saka, ka iepriekšējās analīzes ir kavējušas ierobežotās zināšanas par pulsāriem un salīdzinoši apjomīgās tehnoloģijas, kas ir pieejamas to noteikšanai. Abas šīs lietas pēdējos gados ir dramatiski mainījušās.
Pirmkārt, zināmo impulsu skaits ievērojami pieaug. Astronomi ir informēti par vairāk nekā 2000 pulsāru, un ir sagaidāms, ka nākamās paaudzes radionovērošanas centri atklās vēl desmitiem tūkstošu.
Šīs starpplanētu navigācijas sistēmas pamatideja ir izmantot signālus no šiem pulsāriem būtībā tādā pašā veidā, kā mēs izmantojam GPS satelītus, lai pārvietotos uz Zemes. Izmērot impulsu pienākšanas laiku no vismaz trīs dažādiem pulsāriem un salīdzinot to ar paredzamo ierašanās laiku, ir iespējams noteikt pozīciju trīsdimensiju telpā.
(Tā kā pulsāri rada identisku impulsu plūsmu, to darot, ir iespējams ģenerēt neierobežotu skaitu neskaidru risinājumu. Bet Bekers un kolēģi norāda, ka tos var novērst, ierobežojot risinājumus līdz ierobežotam tilpumam ap pieņemto pozīciju.)
Šādas sistēmas iespējamība ir atkarīga no vairākiem svarīgiem praktiskiem faktoriem, ko lielā mērā nosaka pulsāra starojuma viļņa garums, kura noteikšanai navigācijas sistēma ir paredzēta. Tas nosaka antenas savākšanas laukumu, enerģijas patēriņu, navigācijas sistēmas svaru un, protams, arī tās izmaksas.
Bekers un co aprēķina, ka 21 centimetru viļņiem kosmosa kuģim būtu nepieciešama antena ar savākšanas laukumu 150 kvadrātmetri.
Bet labāka ideja, viņi saka, ir izmantot pulsārus, kas izstaro rentgena starus, jo rentgenstaru savākšanas un fokusēšanas tehnoloģija pēdējos gados ir ievērojami uzlabojusies.
Viens no rentgenstaru spoguļu veiktspējas rādītājiem ir to masa. Spoguļa, ko izmantoja 1999. gadā palaistajā Chandra rentgenstaru observatorijā, masa bija 18,5 tonnas uz kvadrātmetru efektīvās savākšanas laukuma. Salīdzinājumam, modernās stikla mikroporu optikas, kas tiek ražota šodien, masa ir tikai 25 kilogrami vienā savākšanas zonā.
Tātad rentgena optika ir laba jēga pulsāra navigācijai, saka Becker un co. Izmantojot milisekundes pulsāru rentgena signālus, mēs aprēķinājām, ka navigācija būtu iespējama ar precizitāti ±5 km Saules sistēmā un tālāk, viņi saka.
Lielākajai daļai īstermiņā paredzēto misiju šāda precizitāte var nebūt nepieciešama. Tomēr Bekers un draugi ir optimistiski noskaņoti par tās nākotnes potenciālu: jau šodien ir skaidrs, ka šī navigācijas tehnika tiks pielietota nākotnes astronautikā. Kā saka, līdz bezgalībai un tālāk…
Atsauce: arxiv.org/abs/1305.4842 : Autonomā kosmosa kuģu navigācija ar pulsariem