逆天神器！中國再發射逆天黑科技「脈衝星導航」

科技 11-01

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轉自：中青在線

親，作為路痴的你會用GPS導航，當然也聽說過北斗導航，可是脈衝星導航你聽說過嗎？

這一次，中國要成為「第一個吃螃蟹的人」了。這個神秘的「脈衝星導航」一旦實現，不久的將來，我們的航天器可以自主運行，我們對錶的時間將是脈衝星時間。

逆天神器！中國再發射逆天黑科技「脈衝星導航」

恆星和人類一樣，經歷從孕育誕生，到成長、成熟，以及最終衰老死亡的整個過程。恆星的核能耗盡以後，便走向死亡，而死亡的恆星遺骸可以分為三類：白矮星、黑洞和中子星。

脈衝星屬於高速自轉的中子星，它的典型半徑僅有10公里，其質量卻在1.44倍至3.2倍太陽質量之間，是除黑洞外密度最大的天體。每立方厘米的脈衝星質量達到10億噸，其引力強大到讓光成為拋物線才能掙脫。

脈衝星導航能帶我找到路嗎？

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現在我們使用的衛星導航——以地球質心為時空的基準點，以導航衛星發射的微波測距碼信號為信標，通過測距碼信號到達時間，用戶接收機測定位置和時間等參數的過程。

脈衝星導航——以太陽系質心為時空的基準點，以脈衝星發射的X射線信號為天然信標，通過測量脈衝到達時間，航天器自主測定位置和時間等參數的過程。

脈衝星在射電、紅外、可見光、紫外、X射線和γ射線等電磁波頻段產生信號輻射。通常把在X射線頻段上輻射信號的脈衝星叫做X射線脈衝星。脈衝星具有極其穩定的周期，其穩定度比目前最穩定的氫原子鐘還要高1萬倍以上，被譽為自然界最精準的天文時鐘。

目前，已發現和編目的脈衝星達到2000多顆，其中約有160多顆脈衝星具有良好的X射線周期輻射特性，可以作為導航候選星。

形象概述脈衝星導航原理就是：X射線脈衝星作為宇宙中的「燈塔」，依靠自身發出的極為穩定的X射線脈衝信號，為近地軌道、深空探測和星際飛行航天器提供高精度的位置、速度、時間和姿態等豐富的自主導航信息服務，從而實現航天器長時間高精度自主導航與精密控制，具有廣闊的工程應用前景。

儘管40年前就提出了脈衝星導航的概念，但是基於現代衛星導航的時間測距思想，利用X射線脈衝星的航天器自主導航理論研究也只經歷了10年的發展。

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揭秘脈衝星導航科學試驗項目

簡言之，這次衛星上天，需要解決三大問題——「看得見」、「測得准」、「用得上」。

兩種X射線脈衝星探測技術均是我國首次在軌使用。兩種探測器在性能上各有所長，均可以獨立完成探測任務。微通道板探測器的有效探測面積大，所需的脈衝星觀測時間短；掠入射聚焦型探測器的探測效率高，設備規模小。

一方面通過多種探測技術對X射線脈衝星的在軌觀測獲取第一手的科學數據，進一步開展脈衝星導航；另一方面，也為未來脈衝星探測器的技術發展方向提供實際數據支撐，為脈衝星導航技術的工程化奠定基礎。

而且，此次脈衝星導航科學試驗項目任務複雜程度非常之高。

為了儘快盡多的獲得科學數據，研究人員希望衛星可以「沒日沒夜」的工作，希望衛星具備在一天的全部軌道圈次內均進行工作的能力。實現了此目標，脈衝星導航試驗衛星可能成為在軌最為「忙碌」的一顆衛星。

按照現有的技術手段，衛星每完成一次「凝視觀測」任務，地面需預先上注大約50條指令。這些指令主要用於設置探測器狀態、設置衛星平台設備進入觀測狀態、設定衛星姿態調整計劃以及結束觀測任務後的衛星狀態恢復等。

這些操作全部需要通過地面人員上注指令控制完成。若要實現衛星每圈都觀測的目標，則地面人員需要在衛星整個壽命期間，不停的上注控制指令，並監控狀態。這幾乎是「不可完成的任務」。

為了實現此目標，研究人員給衛星裝上了一個「智能大腦」，教會了衛星自主進行觀測等一系列動作。地面人員只需告訴衛星「一句話」(何時何地注視誰)，衛星就可以自主分解成所需要的動作，完全自主按照計劃逐一完成全部觀測動作。

更為重要的是，地面人員可以一次性告訴衛星「一百句」(相當於一周的觀測任務)，衛星就可以全部記住，並自行排序，然後「乖乖的」完成全部的工作。這就相當於「給駱駝吃了一頓飯，然後讓它穿過了整個沙漠」。

如果我們能夠實現脈衝星的導航，不用再從地面對衛星進行追蹤測量，它將自行整理數據發回，告訴地球我在哪。」帥平說，一顆衛星每年維護費用達到6000萬美元，包括設備、地面站布設，但如果實現自主運行，將會大大減輕地面測控站的負擔、費用和工作量。

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