科学家是怎样实现利用X射线进行导航的?
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发布时间：2022-05-02 20:28
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时间：2022-06-26 21:50
NASA发明一种新型自主空间导航系统（X射线计时和导航技术站探测器SEXTANT），利用脉冲星的电离辐射在X射线中最为明显而用于观测毫秒脉冲星。该技术在未来有望发展成深空舰船的导航系统且协助完成火星计划。
美国国家航空航天局(NASA)发明了一种新型的自主空间导航，通过使用脉冲星作为向导星，可以看到人造航天器飞向太阳系的远处，甚至更远。
这种导航系统被称为X射线定时和导航技术探测站，或者也可以称为“六分仪”(这是以18世纪的航海导航仪器命名的)，它使用X射线技术来观测毫秒脉冲星，就像GPS使用卫星一样。
美国宇航局戈达德太空飞行中心的六分仪项目经理杰森·米切尔（Jason Mitchell）说：“这次演示是未来深空探索的一个突破。”
“作为第一个在太空中演示完全自主、实时的X射线导航，我们现在走在了前列。”
脉冲星是高度磁化、快速旋转的中子星，它是大质量恒星的核心坍塌并爆炸的结果。
当这些脉冲星旋转时，它们会发出电磁辐射。如果观察者处于正确的位置，它们看起来就像一束横扫的光束，宛若宇宙中的灯塔一般。
它们也是非常规则的——就某些毫秒脉冲星而言，它们每秒可以自转数百次，可以与原子钟相媲美。
这就是六分仪项目背后的思路。这些脉冲星非常规则，而且它们在宇宙中的位置是固定的，所以可以将它们像全球定位系统使用原子钟一样利用。
“六分仪”的工作原理就像一个GPS接收器，可以从至少三颗GPS卫星获取信号，而且这三颗卫星都配备了原子钟。接收器测量来自每颗卫星的时间延迟，并将其转换为空间坐标。
脉冲星发出的电磁辐射在X射线光谱中最为明显，这就是为什么NASA的工程师选择在六分仪项目中使用X射线探测。
为此，他们使用了附属于国际空间站的天文台。在这个只有洗衣机大小的天文台上有着这样一台机器，它被称为中子星内部成分探测器，或NICER（Neutron-star Interior Composition Explorer），其包含52个X射线望远镜和硅漂移探测器，用于研究包括脉冲星在内的中子星。
这样，工程师们更好地锁定了四颗脉冲星，分别是J0218+4232、B1821-24、J0030+0451和J0437-4715，这四颗脉冲星非常精确，工程师们可以在未来几年准确地预测它们的脉冲。
在两天多的时间里，NICER对这些脉冲星进行了78次测量，并将数据送入“六分仪”。然后，“六分仪”利用这些测量值计算出NICER卫星在国际空间站绕地球轨道上的位置，并与GPS数据进行比较，目的是在半径10英里(16公里)的范围内定位NICER卫星。在8个小时内，系统就已计算出NICER的位置，并且在接下来的实验中保持在10英里的门槛以下。
“这比我们分配给实验的两周时间要快得多，”六分仪系统架构师卢克·温特尼茨（Luke Winteritz）说，“迹象表明我们的系统将会工作，但周末的实验才最终证明了该系统自主工作的能力。”
这项技术可能需要几年的时间才能开发成适用于深空飞船的导航系统，但这个概念已经得到了验证。
现在，团队正在撸起袖子对系统进行完善。他们将更新并微调软件，为2018年下半年的另一次实验做准备。他们还希望降低硬件的尺寸、重量和功耗要求。
最终，“六分仪”可以用来计算远离地球GPS卫星范围的行星卫星的位置，并帮助人类执行航天任务，比如航天局计划的火星任务。
