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引导机器人飞船穿越外层空间,NASA仅凭的只是X射线

[日期:2018-01-16] 来源:36kr  作者:梁风 [字体: ]

  X射线,又称伦琴射线,由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现。X射线具有很高的穿透本领,能透过许多对可见光不透明的物质,如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光,使照相底片感光以及空气电离等效应。

  科普完毕。考虑到我的领导吕老师已经把高中物理给忘光了,有必要为了他以及类似的读者进行下必要的科普。下面进入正题。

  从目前的技术手段,人类是无法达到达外层空间的,因此科学家借助X光线、红外线和其他观测手段对它们进行研究。现在,NASA就希望用X射线导航来引导机器人飞船穿越外层空间。

引导机器人飞船穿越外层空间,NASA仅凭的只是X射线

  NICER会将X射线集中到硅探测器上,收集探测中子星内部组成的数据,包括那些经常出现的脉冲星。

  NASA太空中展示了完全自主的X射线导航,这种技术可以将无人驾驶的飞行器引导到太阳系及更远的地方。

  这个团队的演示中,进行一个名叫SEXTANT(Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology)的实验,显示毫秒脉冲星(旋转的中子星),可以在太空定位一个以数千英里每小时移动的物体——有点类似于太空里的全球定位系统GPS。

  NASA航天技术专家Jason Mitchell介绍,这是第一次在太空中完全自主地展示X射线导航。这项技术为深空导航提供了一个新选择,它可以与现有的太空无线电和光学系统协同工作。

  不过,可能还需要几年的时间来完善用于深空宇宙飞船的X射线导航系统。

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  这个动画显示了NICER如何扫描天空

  这项演示利用了52个X射线望远镜和硅漂移探测器,这些探测器构成了NASA的中子星内部成分探测器(NICER)。这是一个由该机构于2017年6月发射的用于研究中子星的洗衣机大小的航天器。

  在演示当中,研究小组选择了4个毫秒脉冲星(每秒旋转上百次的脉冲星)目标——J0218+4232,b1821-24,J0030+0451,和j04347-4715,来让NICER给自己定位,这样它就可以它们的光束中探测X射线。NICER所使用的毫秒脉冲星非常稳定,它们的脉冲到达时间未来数年里预计可以精确到微秒。

  在为期两天的实验中,该装备产生了78次测量以获得时间数据,SEXTANT的实验将其送入特别开发的机载算法中,来生成一个导航解决方案,它可以显示NICER的位置。该团队将该解决方案与由NICER机载GPS接收器收集的位置数据进行比较。

  “为了让这个测量有意义,我们需要开发一种模型,利用我们的合作者在世界各地的射电望远镜所提供的地面观测,来预测到达时间,”美国海军研究实验室的SEXTANT研究员保罗雷说。“测量和模型预测之间的差异将给我们提供导航信息。”

引导机器人飞船穿越外层空间,NASA仅凭的只是X射线

  这张图展示了NICER在国际空间站的工作

  测试的目标是为了证明,这个系统可以在半径10英里的范围内找到NICER的位置,与此同时,空间站在以每小时17500英里的速度运行。

  Mitchell说,在11月9日开始试验的8个小时内,该系统在10英里的目标范围内聚集,并在实验的剩余时间内保持在低于这个阈值的位置。事实上,数据的“很大一部分”显示了精确到三英里以内的位置。

  尽管GPS系统对于地球上的用户可以精确到几英尺的距离,但在太阳系外的遥远距离时,这种精确度是不需要的。Mitchell说:“在深空中,我们希望精度能达到数百英尺的范围内。”

  SEXTANT系统设计师Luke Winternitz说,未来该团队将专注于更新飞行和地面软件,为2018年晚些时候的第二次实验做准备。最终的目标可能需要几年时间才能实现,那就是开发探测器和其他硬件,使基于脉冲的导航能在未来的宇宙飞船上随时可用。为此,团队将努力减小仪器的尺寸、重量和功率要求,并提高灵敏度。

  此外,Mitchell表示,SEXTANT团队也在讨论X射线导航来支持人类飞行的可能性。

  例如,如果到木星(或土星)卫星的星际任务装备有这样的导航装置,它就能自动计算出它的位置,并在很长一段时间内不与地球进行通讯,相比之下,在这样的空间里GPS将无能为力。

  这次演示证明了X射线脉冲星导航在太阳系深空探测的可行性,未来,技术的进步将让我们深入到更遥远的外层空间。

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