Для навигации космических аппаратов используется рентгеновское излучение от мертвых звезд
AstroNews.ru - 03 Мая 2022 20:43:47
Остатки разрушившихся нейтронных звезд, называемые пульсарами, имеют магнитный заряд и вращаются со скоростью от одного до сотен оборотов в секунду. Эти небесные тела, каждое диаметром от 19 до 24 километров, генерируют свет в рентгеновском диапазоне длин волн. Исследователи из Университета Иллинойса Урбана-Шампейн разработали новый способ использования космическими аппаратами сигналов от нескольких пульсаров для навигации в глубоком космосе.
"Мы можем использовать звездные трекеры для определения направления движения космического аппарата, но чтобы узнать точное местоположение аппарата, мы полагаемся на радиосигналы, передаваемые между космическим аппаратом и Землей, что может занять много времени и требует использования сильно загруженной инфраструктуры, например, Deep Space Network НАСА", - сказал Зак Путнам, профессор кафедры аэрокосмической техники в Иллинойсе.
"Использование рентгеновской навигации устраняет эти два фактора, но до сих пор требовало начальной оценки положения космического аппарата в качестве отправной точки. Это исследование представляет систему, которая находит кандидатов на возможное определение местоположения космического аппарата без предварительной информации, так что космический аппарат может ориентироваться автономно".
"Кроме того, наши наземные системы связи для полетов в дальний космос сейчас перегружены", - сказал он. Эта система обеспечит автономность космических аппаратов и уменьшит зависимость от земли". Навигация по рентгеновским пульсарам позволяет обойти эту проблему и определить, где мы находимся, без звонка на Землю".
По словам Патнэма, поскольку наша атмосфера отфильтровывает все рентгеновские лучи, для их наблюдения необходимо находиться в космосе. Пульсары испускают электромагнитное излучение, которое выглядит как импульсы, когда пульсар вращается и направляет их в нашу сторону, подобно лучу света, отбрасываемому маяком.
"Каждый пульсар имеет свой собственный характерный сигнал, как отпечаток пальца", - сказал он. "У нас есть записи рентгеновских лучей почти от 2 000 пульсаров и их изменения с течением времени".
Подобно Глобальной системе позиционирования, местоположение можно определить по пересечению трех сигналов.
"Проблема пульсаров в том, что они вращаются так быстро, что сигнал повторяется очень часто", - сказал он. "Для сравнения, спутники GPS выстраиваются также каждые две недели. Хотя существует бесконечное число возможных мест нахождения космических аппаратов, мы знаем, как далеко друг от друга находятся эти объекты.
"Мы пытаемся определить положение космических аппаратов в областях, диаметр которых составляет порядка нескольких астрономических единиц, например, размер орбиты Юпитера - что-то вроде квадрата со стороной в полтора миллиарда километров. Проблема, которую мы пытаемся решить, заключается в том, как разумно наблюдать пульсары и полностью определить все возможные местоположения космических аппаратов без использования чрезмерного количества вычислительных ресурсов", - сказал Путнам.
Алгоритм, разработанный аспирантом Кевином Лоханом, объединяет наблюдения множества пульсаров для определения всех возможных положений космического аппарата. Алгоритм обрабатывает все возможные пересечения в двух или трех измерениях.
"Мы использовали алгоритм для изучения того, какие пульсары нам следует использовать, чтобы уменьшить количество возможных мест в заданной области", - сказал Путнам. Результаты показали, что наблюдение наборов пульсаров с более длительными периодами и небольшими угловыми расстояниями может значительно сократить количество пульсаров в заданном домене.
Исследование опубликовано в журнале IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems.