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睁开“慧眼” 遨游宇宙,星际旅行不迷航
  • 发布时间:2019-09-12
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  • 中国科学技术2天前我想分享

    作者|倪思杰

    好消息:宇宙导航的准确性可以更高,不用担心找到回家的路。

    8月21日,美国《天体物理杂志(增刊)》发表了“灰眼”卫星的研究结果。

    中国科学院高能物理研究所(以下简称中科院高能物理研究所)科学家利用“贵雁”卫星进行了X射线脉冲星导航实验精度为10公里(标准偏差的3倍),进一步验证了航天器的使用。脉冲星自主导航的可行性为未来在深空的实际应用奠定了基础,相关技术可应用于深空探测和星际旅行。

    宇宙中的“灯塔”

    随着人类探索宇宙的步伐加快,越来越多的太空探测器飞向太阳系中的各种天体。但是,由于这些航天器远离地球,现有的卫星导航系统很难为它们提供可靠的导航服务。尽管美国,俄罗斯和其他国家已经尝试在地面上使用大型无线电天线来建立“深空TT&C网络”以为远程飞机提供导航服务,但导航精度将随着距地球距离的增加而恶化。星际迷航怎么不丢失?科学家们一直专注于不依赖地面设备的航天器自主导航技术。 X射线脉冲星导航技术就是其中之一。 “慧眼”卫星脉冲星导航实验负责人,中国科学院高能物理研究所副研究员郑世界介绍说,X射线脉冲星导航是为太空中的航天器提供导航和定时服务。由宇宙中遥远的天体脉冲星发射的精确周期性脉冲星信号。脉冲星是一类高速旋转的中子星,是一生中后期大质量恒星“超新星爆炸”留下的紧凑物体。它的脉冲信号具有长期的高稳定性,可与地球上的原子钟相媲美甚至更好,并可用作宇宙中的时间基准。因此,在星际旅行中,脉冲星也被称为“宇宙灯塔”或“天然GPS卫星”。脉冲星发射的两个相邻脉冲之间的时间间隔是恒定的。如果航天器向脉冲星移动,接收脉冲的间隔将缩短,反之亦然,观察到的脉冲轮廓也将改变。因此,通过分析航天器在不同方向上接收的脉冲星信号的特征,可以推导出航天器在空间中的三维位置,速度或轨迹。

    地球人的尝试

    近年来,X射线脉冲星导航受到越来越多的关注。 2004年,欧空局发布了一份关于基于脉冲星时间信息的航天器导航可行性研究的技术报告。 2018年1月,国家航天局(NASA)在国际空间站进行了第一次实时在轨脉冲星自主导航实验。在脉冲星观察7.5小时后,自主导航的准确度达到5公里(1标准差)。 ),并明确指出X射线脉冲星导航技术应适用于“重返月球计划”和未来的火星探测计划。中国还对脉冲星导航进行了大量的理论和实验研究。郑世界说,2016年9月,中国天宫第二空间实验室启动,中国科学家首次在中国使用天宫望远镜上的“天极望远镜”伽玛射线偏振探测器(POLAR)成功完成。脉冲星导航的空间实验。同年11月,中国还推出了脉冲星试验明星XPNAV-01,并开始进行脉冲星探测和相关研究。 2017年6月15日,中国第一颗X射线天文卫星“贵雁”在酒泉卫星发射中心成功发射。护目镜卫星携带三个X射线望远镜有效载荷和高能量,中能量和低能量的空间环境监测器。研究小组利用卫星成功地进行了X射线脉冲星导航实验,以进一步验证脉冲星导航的可行性。

    实验“护目镜”

    2017年8月31日至9月5日,“贵雁”卫星观测了着名的蟹状星云脉冲星约5天,实现了卫星的自主定位。 “贵雁”卫星首席科学家张双南介绍说,这种自主定位算法是2016年中国科学院高能物理研究所研究小组提出的一种新型X射线脉冲星导航算法.“脉冲轮廓显着性与卫星轨道的相关性分析“。最初在POLAR实验中验证了该算法的可行性。在进一步改进导航算法后,研究人员利用该算法分析了“贵雁”卫星上三种望远镜的观测数据。结果表明,三种望远镜数据可以实现“贵雁”卫星的自主定位;如果全面利用这三个望远镜的5天观测数据可以达到10公里的定位精度(3倍标准差),相当于3.3公里(1标准差)的定位精度,可与之相媲美美国国家航空管理局的准确性。为了进一步检验导航算法的可行性和可靠性,研究团队还进行了全面的理论分析,并选择了各种类型的脉冲星进行仿真验证。结果表明该方法同样适用于其他导航脉冲星。该结果为该算法的实际应用奠定了基础。 2018年9月,研究人员将“灰眼”卫星上的脉冲星导航实验结果提交给美国《天体物理杂志(增刊)》,并于2019年6月11日正式接受。审查员认为“进行了在轨示范验证”由“贵雁”卫星出来是对脉冲星导航发展的重要贡献。“文章的最终模拟分析部分专门验证了该方法的可行性.我相信这是对脉冲星导航的一个非常好的贡献。”

    相关论文信息:

    《中国科学报》(第1版亮点)

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    作者|倪思杰

    好消息:宇宙导航的准确性可以更高,不用担心找到回家的路。

    8月21日,美国《天体物理杂志(增刊)》发表了“灰眼”卫星的研究结果。

    中国科学院高能物理研究所(以下简称中科院高能物理研究所)科学家利用“贵雁”卫星进行了X射线脉冲星导航实验精度为10公里(标准偏差的3倍),进一步验证了航天器的使用。脉冲星自主导航的可行性为未来在深空的实际应用奠定了基础,相关技术可应用于深空探测和星际旅行。

    宇宙中的“灯塔”

    人类探索宇宙的步伐正在加快,越来越多的太空探测器飞向太阳系中的各种类型的天体。然而,由于这些航天器远离地球,现有的卫星导航系统难以为它们提供可靠的导航服务。虽然美国,俄罗斯和其他国家已经尝试建立一个“深空测量和控制网络”,利用地面上的大型无线电天线为远程飞机提供导航服务,但导航精度将随着距离地球的距离而恶化增加。星际迷航怎么不丢失?科学家们正在关注不依赖地面设备的航天器“自主导航”技术。 X射线脉冲星导航技术就是其中之一。根据“灰眼”卫星脉冲星导航实验研究员,中国科学院高能物理研究所副研究员郑世,X射线脉冲星导航是利用精确的周期脉冲信号宇宙中遥远的天体脉冲星。提供导航和授时服务。脉冲星是一种高速旋转的中子星,是一种在晚年“超新星爆炸”后由大质量恒星留下的致密天体。它的脉冲信号具有长期的高稳定性,可与地球上的原子钟相媲美甚至更好,并可用作宇宙中的时间参考。因此,脉冲星在星际旅行中也被称为“宇宙信标”或“天然GPS卫星”。来自脉冲星的两个相邻脉冲之间的时间间隔是恒定的。如果航天器向脉冲星移动,接收的脉冲间隔将缩短,反之亦然,观察到的脉冲轮廓也将改变。因此,通过分析航天器在不同方向上接收的脉冲星脉冲信号的特性,可以逆转航天器在空间中的三维位置,速度或轨道。

    地球人的尝试

    近年来,X射线脉冲星导航受到越来越多的关注。 2004年,欧空局发布了一份关于基于脉冲星时间信息的航天器导航可行性研究的技术报告。 2018年1月,国家航天局(NASA)在国际空间站进行了第一次实时在轨脉冲星自主导航实验。在脉冲星观察7.5小时后,自主导航的准确度达到5公里(1标准差)。 ),并明确指出X射线脉冲星导航技术应适用于“重返月球计划”和未来的火星探测计划。中国还对脉冲星导航进行了大量的理论和实验研究。郑世界说,2016年9月,中国天宫第二空间实验室启动,中国科学家首次在中国使用天宫望远镜上的“天极望远镜”伽玛射线偏振探测器(POLAR)成功完成。脉冲星导航的空间实验。同年11月,中国还推出了脉冲星试验明星XPNAV-01,并开始进行脉冲星探测和相关研究。 2017年6月15日,中国第一颗X射线天文卫星“贵雁”在酒泉卫星发射中心成功发射。护目镜卫星携带三个X射线望远镜有效载荷和高能量,中能量和低能量的空间环境监测器。研究小组利用卫星成功地进行了X射线脉冲星导航实验,以进一步验证脉冲星导航的可行性。

    实验“护目镜”

    2017年8月31日至9月5日,“贵雁”卫星观测了着名的蟹状星云脉冲星约5天,实现了卫星的自主定位。 “贵雁”卫星首席科学家张双南介绍说,这种自主定位算法是2016年中国科学院高能物理研究所研究小组提出的一种新型X射线脉冲星导航算法.“脉冲轮廓显着性与卫星轨道的相关性分析“。最初在POLAR实验中验证了该算法的可行性。在进一步改进导航算法后,研究人员利用该算法分析了“贵雁”卫星上三种望远镜的观测数据。结果表明,三种望远镜数据可以实现“贵雁”卫星的自主定位;如果全面利用这三个望远镜的5天观测数据可以达到10公里的定位精度(3倍标准差),相当于3.3公里(1标准差)的定位精度,可与之相媲美美国国家航空管理局的准确性。为了进一步检验导航算法的可行性和可靠性,研究团队还进行了全面的理论分析,并选择了各种类型的脉冲星进行仿真验证。结果表明该方法同样适用于其他导航脉冲星。该结果为该算法的实际应用奠定了基础。 2018年9月,研究人员将“灰眼”卫星上的脉冲星导航实验结果提交给美国《天体物理杂志(增刊)》,并于2019年6月11日正式接受。审查员认为“进行了在轨示范验证”由“贵雁”卫星出来是对脉冲星导航发展的重要贡献。“文章的最终模拟分析部分专门验证了该方法的可行性.我相信这是对脉冲星导航的一个非常好的贡献。”

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