GPS по пульсарам: Космическая навигация
Навигация в космосе — непростая задача. Обычно для определения линейного (радиального) расстояния до космического аппарата используются радиосигналы, по времени прибытия которых наземные станции слежения рассчитывают искомую величину. С угловыми координатами сложнее. Угловое разрешение радиоантенн весьма ограничено, поэтому погрешность определения координат возрастает примерно на 4 км при отдалении космического аппарата от Земли на очередную астрономическую единицу. Это значит, что координаты аппарата, находящегося в районе орбиты Плутона, мы будем знать с точностью плюс-минус 200 км, а для Voyager 1 разбег составляет уже 500 км.
Исследователи из Института Макса Планка (Германия) разработали систему автономной космической навигации, использующую сигналы пульсаров. Их метод позволит определять местоположение аппарата, находящегося в пределах Солнечной системы, с точностью до 5 км.
Идея использования пульсаров для ориентирования в космосе не нова. Но ранее её практическая реализация была затруднена, во-первых, недостаточным количеством известных пульсаров, а во-вторых — сложными технологиями их обнаружения. Но за последние годы ситуация значительно изменилась. Астрономам сегодня известно более 2 тысяч пульсаров, а радиообсерватории следующего поколения должны открыть еще больше.
Система межпланетной навигации основана на принципе, используемом GPS. Измеряя время прибытия импульсов, приходящих от по крайней мере трех различных пульсаров, и сравнивая их с расчетными значениями, можно определить пространственные координаты приемника. Идентичность импульсов пульсаров создает множество возможных решений, но, ограничив их область относительно небольшим объемом вокруг предполагаемого местоположения аппарата, можно найти то единственное, которое соответствует действительности.
Размеры, вес, расход энергии и стоимость системы во многом определяются длиной волны принимаемого сигнала. Так, чтобы ориентироваться по пульсарам, излучающим в области волн с длиной около 21 см, потребовалась бы антенна площадью 150 квадратных метров. Но есть идея и получше — использовать сигналы рентгеновских пульсаров.
Показателем развития рентгеновских зеркал может служить их масса. Так, зеркало рентгеновской обсерватории Чандра, запущенной в 1999 году, имеет массу 18,5 тонн на каждый квадратный метр эффективной поверхности. Современные материалы обеспечивают относительную массу 25 кг/м2. Поэтому рентгеновские пульсары — перспективные ориентиры для систем межпланетной навигации, работающих с точностью ±5 км.
Возможно, в большинстве запланированных на обозримое будущее миссий такая точность ни к чему, но с развитием космонавтики методика вполне может найти применение.
По сообщению MIT Technology Review