Postępy w pracy nad system nawigacji w kosmosie w oparciu o pulsary

3 pulsary
Artystyczna wizja sondy kosmicznej Rosetta, która porusza się w oparciu o sygnały pochodzące z odległych pulsarów. Dzięki nim statek może wyznaczyć swoją pozycję oraz prędkość. Źródło: arXiv:1305.4842 [astro-ph.HE]
Trzech niemieckich naukowców opracowało sposób użycia pulsarów jako punkty odniesienia do nawigacji pojazdów kosmicznych podróżujących w Układzie Słonecznym. Opisana metoda polega na odczytywaniu informacji z co najmniej trzech pulsarów, co pozwala wyznaczyć pozycję statku.

Dotychczas stosowany sposób nawigacji statku kosmicznego polega na wysyłaniu fal radiowych do odbiorników na Ziemi. Na tej podstawie naukowcy wyliczają jego odległość poprzez pomiar czasu dotarcia sygnałów, ale niestety to nie pozwala na wyznaczenie jego pozycji kątowej. Nie jest to jednak problem, ponieważ odległości pomiędzy obiektami w Układzie słonecznym są bardzo duże. Jednak całkiem możliwe, że problem ten może mieć na znaczeniu w przyszłości, kiedy to podróżowanie w kosmosie stanie się bardziej powszechne. Wówczas koniecznym będzie, aby statek kosmiczny mógł wyznaczyć swoją pozycję bez udziału bazy na Ziemi. Nad rozwiązaniem tego problemu, w oparciu o pulsary, pracowała właśnie grupa badaczy z Niemiec.

Pulsary to silnie namagnesowanie gwiazdy neutronowe, które bardzo szybko rotują. Rotacja powoduje, że emitowany przez nie sygnał odbieramy jako pulsujące światło, stąd ich nazwa, pulsary. Dodatkowo sygnały przez nie wysyłane mają charakterystyczne kształty, co ułatwia ich identyfikację. Naukowcy już od dawna sugerowali, że będzie można je wykorzystać do celów nawigacyjnych, ale problem stanowiły rozmiary aparatury konieczne do obierania i analizowania sygnału pochodzącego z pulsarów. Dodatkowo wciąż uboga wiedza na temat tych obiektów, również ograniczała ich przydatność. Grupie z Niemiec udało się rozwiązać oba te problemy na tyle, by móc umieścić takie urządzenia na pokładzie statku kosmicznego, które będzie w stanie określić pozycję z dokładnością do 5 km.

Pulsary emitują sygnały w dwóch zakresach, które można wykorzystać do nawigacji, a mianowicie w zakresie radiowym i rentgenowskim. Oba sygnały są wysyłane okresowo z taką dokładnością, że można ją porównać do zegarów atomowych. Naukowcy szacują, że statek kosmiczny, aby odebrać sygnał na fali 21 cm, powinien być wyposażony w antenę o powierzchni 150 metrów kwadratowych - to zdecydowanie za dużo by móc użyć tego w praktyce. Z tego powodu proponują, aby przenieść się w zakres promieniowania rentgenowskiego. W ostatnim czasie technika optyczna posunęła się na tyle do przodu, że urządzenie na pokładzie statku, które byłoby w stanie odbierać takie sygnały i je interpretować, ważyłoby około 25 kilogramów. Dzięki niemu udałoby się wyznaczyć pozycję statku z dokładnością do 5 km.

Źródło: Autonomous Spacecraft Navigation With Pulsars, arXiv:1305.4842

Hubert Siejkowski | Źródło: phys.org

Liczba odsłon: 1767