Принципиально иная навигационная система все ближе к реальности

0
10

Пульсары представляют собой вращающиеся нейтронные звезды, которые излучают в пространство лучи света с определенной периодичностью.

Принципиально иная навигационная система все ближе к реальности

Они часто называются «маяками» Вселенной, потому что их свет наблюдаем в различных точках пространства через строго определенное время, когда наблюдатель оказывается в зоне прямой видимости.

Инновационный метод навигации космических аппаратов основан на приеме рентгеновских сигналов от пульсаров. Его еще называют XNAV и он стал еще на один шаг ближе к практической реализации, благодаря новому исследованию, проведенному британскими учеными.

Современные навигационные системы космических аппаратов работают с сетью крупных наземных радиостанций, например, Сетью дальней космической связи НАСА или ESTRACK, принадлежащей ЕКА.

Эти сети требуют, чтобы космический корабль постоянно общался с наземными системами, в то время как XNAV позволяет работать в режиме автономной навигации, минимизируя контакты с Землей.

Кроме того, новый метод обеспечивает более быстрое определение местоположения космических аппаратов, так как в существующих системах присутствуют временные задержки при связи на больших расстояниях.

И конечно же, XNAV – это более дешевая альтернатива наземным радиосетям, потому что требует для своего функционирования минимальной наземной инфраструктуры, и малых, легких рентгеновских телескопов на борту корабля (вместо громоздких антенн).

Сейчас технология находится на ранних стадиях разработки. В феврале 2017-го планируется отправить на МКС технологический демонстратор NICER, который разместят снаружи орбитальной лаборатории, и который будет принимать световые импульсы пульсара.

Новое исследование проводилось под руководством ЕКА и проверяло выполнимость метода XNAV. Агентство уполномочило Лестерский университет разработать оптимальный дизайн прибора и определить точность технологии.

В рамках этой задачи исследователи провели несколько моделирований. Используя такую информацию, как позиция пульсара, расстояние аппарата от Солнца, они проверили возможность создания новой системы с учетом имеющихся технологией.

Эти вычисления также позволили создать список пульсаров, наиболее подходящих для навигации. Ученые пришли к выводу, что при расстоянии до Нептуна (примерно 30 а. е. от Земли), положение космического аппарата вычисляется с точностью до 30 км, основываясь на свете трех различных пульсаров. Кроме того, имеется возможность получить точность в 2 км, если работать со специфическим объектом PSR B1937+21.

Сложность в том, что PSR B1937+21 – это очень быстровращающийся пульсар (642 оборота/секунду). Но если удастся практически создать и разместить систему, принимающую сигналы от него, на борту межпланетного аппарата, то возможно поддерживать время с точностью атомных часов.

Ученые также рассчитали, что в случае пилотируемой экспедиции на Марс, где система XNAV может оказаться очень полезной, три пульсара и PSR B1937+21 позволят межпланетному аппарату максимум отклониться на 30 км за три месяца полета, при этом не находясь в контакте с наземными системами.

Однако необходимо преодолеть несколько основных проблем, чтобы запустить эту «GPS-космическую технологию», включая создание автономной системы, управляющей телескопом с достаточной точностью, знающей точное время наблюдения пульсара и вычисляющей ошибки расположения аппарата по отношению к нему.

Большим ограничивающим фактором является ошибка позиционирования каждого пульсара на небе. Если в следующие несколько десятилетий ее уменьшить в десять раз, используя новые наземные радиотелескопы, то в зависимости от размера и разновидности прибора, используемого на аппарате, можно получить точность в 5 километров на 100 а. е.

Это примерно в два с половиной раза дальше, чем расстояние до Плутона. Кроме того, возможна даже точность в 200 метров, если приборы на межпланетном корабле научатся наблюдать PSR B1937+21.

Отсюда еще одна основная задача – создать рентгеновские телескопы, способные работать в системе XNAV. У них должна быть достаточно низко масса, низкое энергопотребление и размер, чтобы поместиться на космическом корабле.

Пока исследователи предложили использовать существующие технологии, т.к. необходимо проделать еще большую работу, чтобы оптимизировать и внедрить в жизнь идею, связанную с XNAV.