未來GPS何種模樣？駕馭射電波束的脈沖星導航

Daphane

來源:悠悠網

據國外媒體報道，隨著航天與宇航技術的發展，人類在未來數個世紀內將在太陽系內建造殖民地，各類棲息地將會出現在其他行星或者軌道上，進入宇宙空間意味著我們離開了地球的磁場保護，面對各種未知的冒險，醫學、動力以及宗教等領域都將出現較大的突破和變化，在此之前，我們還需要解決一個問題，其關系到我們如何在宇宙空間中定位，這就是導航技術。

太陽系內的行星際航行將使用脈沖星導航技術，毫秒級脈沖星將是潛在的目標星天體轉播到騰訊微博



　伊卡洛斯計劃為我們規劃了多種星際導航和動力藍圖

　　正如古代航海的水手，在大海上可以通過恆星或者行星進行導航，判斷航行的方向，天狼星、啟明星、北鬥七星都是天空中比較著名的“方向星”，那麽未來行星際乃至恆星際航行需要用何種天體進行導航呢？顯然我們需要選擇一種遙遠且具有別樣特徵的天體，科學家認為脈沖星將是未來導航的主要途徑。脈沖星是中子星的一種，也是曾經被認為是智慧生物信號的天體，可發出規律的周期性信號，脈沖星發出的射電波束如同一座精確的宇宙燈塔，其半徑僅為數十公里左右，依靠電子簡並壓力與引力維持平衡，質量和密度都讓人嘆為觀止。

　　科學家已經提出了基於脈沖星導航的理論，通過觀測脈沖星的位置來推算飛船的空間坐標，也是一種三角測量法在大尺度天體定位上的應用，有研究得出：使用脈沖星導航可以吧定位誤差縮小在五公里之內，這對於浩淼的宇宙而言是多麽地精確，也可以滿足太陽系內的行星際航行初步定位的要求。可以預見，未來“星際GPS”的一種定位方式將是脈沖星導航。

　　伊卡洛斯星際航行計劃主張研發前衛的飛船推進系統，比如一種被稱為可變比沖磁等離子體的火箭可極大程度減少空間飛行的時間，能夠在30天內完成地球到火星的往返之旅，包括中途的加速和減速段，核熱火箭技術也將使得太陽系內的空間飛行變得更容易實現。當然，像曲速引擎這類只在科幻片中出現的動力應該在未來一段時間內並不會作為我們的宇航動力。有了強大的動力系統，時間似乎變得更容易“操縱”，幾個月之內我們就能航行至太陽系的其他地方，因此導航對我們而言顯然迫在眉睫。

　　到目前為止，我們對（火星）飛船的定位依然採用傳統的（望遠鏡）跟蹤技術，並嚴重依賴規劃好的飛行路線，這使得遠離地球的空間飛行變得有些困難，比如旅行者2號探測器目前距離我們大約14光時，這意味著信號傳輸到地球上就要花掉大半天的時間，因此，定位也需要穩定且及時的信號傳輸。日常使用的GPS系統就存在輕微的延遲，我們需要搜索更多的導航星來進行精確的定位，普朗克研究所科學家維爾納·贝克爾和麥克·哈特提出了構建脈沖星導航的思路，通過得知飛船的初始位置的速度，觀測脈沖星的相對位置，並把太陽作為一個固定的參考點，這樣就可以確切得出飛船在太陽系內的位置。

　　搜索脈沖星時，需要至少3顆脈沖星，當然最好是10顆脈沖星，其導航星的數量與GPS系統相似，確認的脈沖星越多，就可以更加精確定位。有趣的是，早在1974年，卡爾·萨根就試圖通過通過脈沖星的位置來標記地球的位置，這些信息計劃被帶到先驅者10號和11個空間探測器上，如果代達羅斯計劃被實施，那無疑將配備脈沖星導航技術。

　　貝克爾和他的同事們正在尋找可以用於銀河系定位的脈沖星，他們發現毫秒級脈沖星是個理想的天體，有著微弱的磁場，自轉速度等參數適合作為星際導航的目標星。無論是X射線還是射電波，脈沖星都是易被發現的天體，當然通過X射線對脈沖星進行搜索需要面對一些意外，宇宙中過於明亮的X射線源可能損壞導航設備。因此，在恆星際空間中飛行，脈沖星導航最好利用射電波途徑，我們目前已經知道了脈沖星的工作方式，獲得較高觀測精確度應該不是問題，但是該方法存在缺點，我們需要在飛船上安裝直徑達150米以上的天線。（Everett/編譯）