NASA испытало рентгеновскую навигацию. Как это работает?

Это что-то вроде GPS, но ориентирами в ней служат пульсары

Американское аэрокосмическое агентство представило полностью автономную систему позиционирования аппаратов в космосе, которая в будущем должна помочь освоению Солнечной системы. Разработка не менее эффективно будет работать и за ее пределами, не требуя, в отличие от обычных систем позиционирования, специальной спутниковой группировки, передающей сигналы, необходимые для вычисления местоположения объекта.

Секстант – навигационный прибор, позволяющий измерять высоту Солнца, Луны и звезд над горизонтом. Позволяет определять географические координаты наблюдателя. Принцип работы секстанта был изобретен Исааком Ньютоном, но ученый при жизни его не опубликовал.

Вместо них в системе, которая называется SEXTANT используются пульсары, частота повторения сигнала которых достигает десятков раз в секунду. Эти объекты представляют собой нейтронные звезды, образовавшиеся в результате коллапса звезд, выработавших запас водорода. Это чрезвычайно плотные объекты диаметром всего несколько десятков километров. Однако плотность вещества в них достигает миллиардов тонн на кубический сантиметр. Нейтронные звезды вращаются со скоростью до нескольких тысяч оборотов в секунду, при этом выбрасывая в пространство узконаправленные лучи в различных спектрах электромагнитного диапазона. Для наблюдателя это излучение будет похоже на маяк, зная положение которого, можно вычислить, где находится сам наблюдатель.

Как работает SEXTANT

Представьте, что вы находитесь внутри большого куба, по углам которого установлены маяки. Все, что вам известно — это скорость света и точное время, когда маяк должен отправить очередной импульс. Свету необходимо некоторое время, чтобы преодолеть расстояние от маяка до наблюдателя. Эту задержку можно вычислить. Таким образом, получив импульс от одного маяка, наблюдатель знает, что находится в некоторой точке пространства, представляющей собой радиус воображаемой сферы. Определив расстояние до каждого из четырех маяков, наблюдатель сможет построить четыре такие сферы, на пересечении которых и находится точка его местоположения.

В качестве платформы для тестов была использована Международная космическая станция, на которой разместили небольшой рентгеновский телескоп NICER, по размеру напоминающий стиральную машину. Регистрируя быстрые импульсы всего от четырех пульсаров, этот прибор в автономном режиме и вычислил местоположение МКС. Предполагалось, что точность измерений должна составить примерно +/-16 километров, но создателям NICER удалось довести ее до 5 километров. Этот показатель тем более удивителен, что орбитальная станция движется со скоростью 17500 км/ч, что усложняет точное определение ее координат.

Рентгеновская система NICER, принимающая сигналы пульсаров, на борту МКС
Рентгеновская система NICER, принимающая сигналы пульсаров, на борту МКС

В NASA признают, что точность GPS намного выше, но в космосе этого не требуется. Создателей устроит, если речь будет идти о погрешности в 1-2 километра, считает менеджер проекта Джейсон Митчелл. Но это очень важный шаг, который в будущем избавит космические аппараты, находящиеся в миллионах километров от Земли, от необходимости постоянно поддерживать связь с центрами управления полетами, откуда сейчас корректируются все орбиты. Но пока используемые устройства несовершенны. И прежде всего – из-за размеров детекторов, которые инженеры надеются существенно уменьшить.

Соцсети
Сайт сделан в Бреле 2017