Ακτίνες από πάλσαρ μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα μελλοντικά διαστημικά σκάφη για να πλοηγηθούν πλήρως αυτόνομα

Αν και είναι δυνατόν οι διαστημικές αποστολές να στέλνουν τα δεδομένα τους στη Γη, η διαδικασία δεν είναι καθόλου γρήγορη. Το Voyager 1, για παράδειγμα, χρειάζεται περίπου 19 ώρες για να στείλει ένα σήμα πίσω στη Γη, και αυτή η καθυστέρηση αυξάνεται καθώς το διαστημικό σκάφος απομακρύνεται. Για τις πραγματικά μακροπρόθεσμες αποστολές στο βαθύ διάστημα, ο σημαντικός χρόνος που χρειάζεται για να στείλουμε ένα σήμα δεν μπορεί εύκολα να μειωθεί. Το διαστημικό σκάφος θα πρέπει να προσαρμόσει τη δική του τροχιά χωρίς να βασίζεται στην πλοήγηση από το έδαφος. Εκεί έρχονται να βοηθήσουν τα πάλσαρ.


Το NICER χρησιμοποιεί τα συγκροτήματα κατόπρων του για να συγκεντρώνει τις ακτίνες Χ και να εξετάζει το εσωτερικό των πάλσαρ

Πριν τρεις μήνες μια ομάδα μηχανικών της NASA έδειξε ότι είναι δυνατή η αυτόνομη διαστημική πλοήγηση μέσω της χρήσης ακτίνων Χ, μιας ανακάλυψης που θα μπορούσε να αναθεωρήσει την προσέγγισή μας στα ταξίδια στο βαθύ διάστημα. Το σύστημα καθοδήγησης ακτίνων Χ δοκιμάστηκε επιτυχώς κατά τη διάρκεια του πειράματος Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology (SEXTANT). Χρησιμοποιώντας πάλσαρ με περιοδικότητα χιλιοστών του δευτερολέπτου, το δοκιμαστικό σκάφος στηρίχθηκε σε ακτίνες Χ για να εντοπίσει τη θέση ενός διαστημικού αντικειμένου που κινείται με χιλιάδες μίλια την ώρα.

Παρόλο που το Global Positioning System (GPS) μπορεί να εντοπίσει αντικείμενα που βρίσκονται στη Γη ή σε τροχιά κοντά στη Γη, η πλοήγηση με GPS δεν αποτελεί επιλογή για διαστημόπλοια μεγάλων αποστάσεων, επειδή το δορυφορικό δίκτυο της σε τροχιά γύρω από τη Γη χάνει γρήγορα το σήμα όταν το σκάφος ταξιδεύει μακριά από Γη. Προκειμένου να παρακολουθήσουν αυτόνομα τα διαστημικά οχήματα, οι ερευνητές χρειάστηκαν να βρουν ένα ισχυρό σήμα ικανό να διαδοθεί πολλά έτη φωτός μακριά. Για το λόγο αυτό, οι ερευνητές στράφηκαν στα πάλσαρ – τους ταχύτατους περιστρεφόμενους πυρήνες άστρων νετρονίων – επειδή είναι διαθέσιμοι σχεδόν παντού (ειδικά στο βαθύ διάστημα) και εκπέμπουν ισχυρά σήματα ακτίνων Χ.

Για να δοκιμάσουν την ακρίβεια και την ευκολία της πλοήγησης με ακτίνες Χ στο διάστημα, το πείραμα SEXTANT, που χρηματοδοτήθηκε από τη Διεύθυνση Αποστολών Διαστημικής Τεχνολογίας της NASA, συνεργάστηκε με το Neutron-star Interior Composition Explorer (NICER) της NASA, που βρίσκεται πάνω στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό ISS).

«Με τη βοήθεια του διαστημικού σταθμού ως πλατφόρμα θα εκτελέσουμε αυτό το επιστημονικό πείραμα, που με τη σειρά του επιτρέπει την πλοήγηση με ακτίνες Χ», δήλωσε ο κύριος ερευνητής του NICER, Keith Gendreau του Goddard. «Η τεχνολογία θα βοηθήσει την ανθρωπότητα να πλοηγηθεί και να εξερευνήσει τον Γαλαξία».


Εδώ φαίνεται το NICER που διεξάγει εργασίες στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό.

Το NICER έχει μελετήσει διάφορες πτυχές των αστέρων νετρονίων στο ISS από τον Ιούνιο του 2017 και σήμερα χρησιμοποιεί τα 52 τηλεσκόπια ακτίνων Χ καθώς και τους ανιχνευτές πυριτίου για να μελετήσει την ακτινοβολία που εκπέμπουν τα πάλσαρ στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Η ακτινοβολία των πάλσαρ έρχεται σε μας ως μια στενή δέσμη φωτός που αναβοσβήνουν όταν περνούν κοντά μας, παρόμοια με τις λάμψεις φωτός που εκπέμπεται από ένα φάρο. Οι παλμοί τους είναι επίσης προβλέψιμοι στη φύση, επιτρέποντάς τους να χρησιμεύσουν ως εξαιρετικά σχολαστικοί παράγοντες χρονισμού, συγκρίσιμοι με τα σήματα ατομικού ρολογιού GPS. Στην πραγματικότητα, είναι τόσο προβλέψιμες ώστε οι χρόνοι άφιξης για παλμούς ενός χιλιοστού του δευτερολέπτου μπορούν να προβλεφθούν χρόνια στο μέλλον, με χρονικές ακρίβειες στα μικροδευτερόλεπτα.

Κατά τη διάρκεια του πειράματος SEXTANT, οι ερευνητές επέλεξαν τέσσερις χιλιοστά του δευτερολέπτου παλμούς και τοποθετούσαν το NICER έτσι ώστε να μπορούν να ανιχνεύσουν τις ακτίνες Χ μέσα στις στενές δέσμες φωτός των στόχων. Για να αποκτήσει δεδομένα χρονισμού, η NICER συγκέντρωσε 78 μετρήσεις σε διάστημα δύο ημερών. Αυτά τροφοδοτήθηκαν έπειτα στους επίγειους αλγορίθμους του SEXTANT, δημιουργώντας μια λύση πλοήγησης που αποκάλυψε την τροχιακή θέση του NICER. Στη συνέχεια η λύση συγκρίθηκε με τη θέση που προέρχεται από GPS που προέρχεται από το GPS.

Αν και το NICER ταξιδεύει στο ISS με ταχύτητα άνω των 17.500 μίλια ανά ώρα (28.164 χιλιόμετρα την ώρα) σε σχέση με τη Γη, η μελέτη στοχεύει να εντοπίσει την τοποθεσία της NICER σε ακτίνα 10 χιλιομέτρων (16 χιλιομέτρων). Η ομάδα διανεμήθηκε δύο εβδομάδες για να εντοπίσει το σκάφος με τέτοια ακρίβεια, αλλά ήταν σε θέση να ανιχνεύσει τη θέση του μέσα στη δεδομένη ακτίνα μετά από μόλις οκτώ ώρες. Η ακρίβεια της τοποθεσίας βελτιώθηκε από εκεί προς τα έξω, με ένα σημαντικό τμήμα των δεδομένων από το υπόλοιπο του πειράματος να βρίσκεται σε απόσταση τριών μιλίων από την πραγματική θέση του σκάφους. Παρόλο που τα τρία μίλια ίσως δεν φαίνονται τόσο ακριβή, αρκεί για διαδρομές σε μεγάλες αποστάσεις λόγω της τεράστιας απόστασης μεταξύ αντικειμένων, τα οποία είναι συνήθως σε απόσταση εκατομμυρίων μιλίων.

Τώρα που οι ερευνητές έχουν αποδείξει ότι είναι δυνατή η πλοήγηση με ακτίνες Χ, η ομάδα θα αρχίσει να εργάζεται για την ενημέρωση και τη βελτίωση του λογισμικού, εν αναμονή ενός επιπλέον πειράματος αργότερα το 2018. Θα εργαστούν επίσης για τη μείωση του μεγέθους των οργάνων , βελτιώνοντας την ευαισθησία. Ο στόχος είναι να καταστεί η τεχνολογία πλοήγησης ακτίνων Χ άμεσα διαθέσιμη για όλες τις αποστολές στο διάστημα, οι οποίες θα μπορούσαν να επωφεληθούν από την αυτόνομη πλοήγηση χωρίς επίγεια επικοινωνία.

«Αυτή η επιτυχημένη επίδειξη καθιερώνει σταθερά τη βιωσιμότητα της ναυσιπλοΐας pulsar ακτίνων Χ ως μια νέα αυτόνομη ικανότητα πλοήγησης. Έχουμε δείξει ότι μια ώριμη έκδοση αυτής της τεχνολογίας θα μπορούσε να ενισχύσει την εξερεύνηση στο βάθος οπουδήποτε μέσα στο ηλιακό σύστημα και πέρα», δήλωσε ο Mitchell. «Είναι μια φοβερή τεχνολογία πρώτα.»

NICER has studied various aspects of neutron stars since its ISS deployment in June 2017, and it is currently using its 52 X-ray telescopes and silicon-rift detectors to study the radiation that pulsars emit into the electromagnetic spectrum. Pulsar radiation comes to us as narrow beams of light that flash when they speed past us, similar to the flashes of light emitted from a lighthouse. Their pulsations are also predictable in nature, enabling them to serve as highly meticulous timing agents, comparable to GPS’ atomic-clock signals. In fact, they are so predictable that the arrival times for beats of a millisecond pulsars can be predicted years into the future, with timing accuracies in the microseconds.

During the SEXTANT experiment, researchers chose four millisecond pulsar targets and positioned NICER so that it could detect X-rays within the targets’ narrow beams of light. To obtain timing data, NICER collected 78 measurements over a two-day period. These were then fed into SEXTANT’s onboard algorithms, creating a navigational solution that disclosed NICER’s orbital position. The solution was then compared to NICER’s onboard GPS-derived location.

Though NICER travels aboard the ISS at a speed of over 17,500 miles per hour (28,164 kilometers per hour) relative to the Earth, the study aimed to pinpoint NICER’s location to within a 10-mile (16-kilometer) radius. The team was allotted two weeks to locate the craft with such accuracy, but was able to detect its location within the given radius after only eight hours. Location accuracy improved from there on out, with a signification portion of the data from the remainder of the experiment being within three miles of the craft’s true location. Although three miles might not seem that precise, it’s sufficient for deep space travel due to the vast distance between objects, which are typically millions of miles apart.

Now that the researchers have proven X-ray navigation is possible, the team will start working on updating and improving the software in anticipation of an additional experiment later in 2018. They will also work toward narrowing the instruments’ size, reducing power requirements, and improving sensitivity. The goal is to make X-ray navigation technology readily available for all space missions that could benefit from autonomous navigation without ground communication.

«This successful demonstration firmly establishes the viability of X-ray pulsar navigation as a new autonomous navigation capability. We have shown that a mature version of this technology could enhance deep-space exploration anywhere within the solar system and beyond,» said Mitchell. «It is an awesome technology first.»

http://astronomy.com/news/2018/01/future-spacecraft-can-use-pulsars-to-navigate-completely-autonomously
physics4u

Δημοσίευση σχολίου

Παρακαλούμε σχολιασμούς επί της ουσίας.
Τα σχόλια σας δεν περνάν από έλεγχο γιατί πιστεύουμε ότι δεν θα θίγουν κάποιον προσωπικά με βρισιές και συκοφαντίες.
Τέτοιου είδους σχόλια δεν περνάν από έλεγχο, αλλά θα διαγράφονται μετά την δημοσίευση.
Παρακαλούμε να γράφετε σε πεζά και όχι κεφαλαία
-------------------------------------------------------------------------
Ο ΔΙΚΤΥΟΥΡΓΟΣ ουδεμία ευθύνη εκ του νόμου φέρει για τα άρθρα - αναρτήσεις που δημοσιεύονται και απηχούν τις απόψεις των συντακτών τους. Σε περίπτωση που θεωρείτε πως θίγεστε από κάποιο εξ αυτών ή ότι υπάρχει κάποιο σφάλμα, επικοινωνήστε μέσω, φόρμας επικοινωνίας.
Ευχαριστούμε

[blogger][disqus]

Φόρμα επικοινωνίας

Όνομα

Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο *

Μήνυμα *

Από το Blogger.
Javascript DisablePlease Enable Javascript To See All Widget