記者22日從中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所(中科院高能所)獲悉，該所科學(xué)家通過慧眼衛(wèi)星上的X射線望遠(yuǎn)鏡開展X射線脈沖星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)，定位精度達(dá)到10公里之內(nèi)(3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差)，進(jìn)一步驗(yàn)證了航天器利用脈沖星自主導(dǎo)航的可行性，為未來在深空探測(cè)和星際旅行的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
中國(guó)科學(xué)家完成這一重要科研成果的相關(guān)論文，已在最新一期美國(guó)《天體物理雜志》(增刊)上發(fā)表。
2017年6月，中國(guó)首顆X射線天文衛(wèi)星“慧眼”成功發(fā)射，運(yùn)行于高度550千米、傾角43度的近地圓軌道上。慧眼衛(wèi)星攜帶有高能X射線望遠(yuǎn)鏡、中能X射線望遠(yuǎn)鏡和低能X射線望遠(yuǎn)鏡三種科學(xué)載荷和空間環(huán)境監(jiān)測(cè)器，在軌運(yùn)行兩年多來，已得到關(guān)于黑洞、中子星、伽馬射線暴乃至引力波暴等的海量觀測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)結(jié)果正不斷產(chǎn)生。同時(shí)，中科院高能所慧眼衛(wèi)星研究團(tuán)隊(duì)還利用該衛(wèi)星成功開展了X射線脈沖星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了脈沖星導(dǎo)航的可行性。
慧眼衛(wèi)星脈沖星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)工作負(fù)責(zé)人、中科院高能所鄭世界副研究員介紹說，距離地球十分遙遠(yuǎn)的脈沖星是一類高速轉(zhuǎn)動(dòng)的中子星，是大質(zhì)量恒星在壽命的晚期發(fā)生“超新星爆發(fā)”后留下的致密天體，其脈沖信號(hào)的長(zhǎng)期時(shí)間穩(wěn)定度很高，堪比甚至優(yōu)于地球上的原子鐘，可作為宇宙中的時(shí)間基準(zhǔn)，因此脈沖星也被稱作“宇宙燈塔”或星際旅行中“天然的GPS衛(wèi)星”。
如同地面使用衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航一樣，航天器通過觀測(cè)脈沖星，也可以實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，即脈沖星導(dǎo)航。鄭世界指出，慧眼衛(wèi)星的X射線脈沖星導(dǎo)航是一種新型的自主導(dǎo)航方法，它利用宇宙中遙遠(yuǎn)的天體——脈沖星發(fā)出的精確的周期性脈沖信號(hào)為太空中的航天器提供導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。而此前，中國(guó)在脈沖星導(dǎo)航方面已進(jìn)行大量理論和實(shí)驗(yàn)研究，包括利用天宮二號(hào)上的“天極望遠(yuǎn)鏡”——伽瑪射線暴偏振探測(cè)器成功完成脈沖星導(dǎo)航的國(guó)內(nèi)首次空間實(shí)驗(yàn)、發(fā)射脈沖星試驗(yàn)星XPNAV-01開始開展脈沖星探測(cè)及相關(guān)研究。
慧眼衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院高能所張雙南研究員表示，慧眼衛(wèi)星開展的脈沖星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)，是對(duì)著名的蟹狀星云脈沖星進(jìn)行了持續(xù)約5天的觀測(cè)，其自主定位算法是研究團(tuán)隊(duì)提出的一種新的X射線脈沖星導(dǎo)航算法——“脈沖輪廓顯著性與衛(wèi)星軌道的關(guān)聯(lián)分析”，該算法的可行性已在“天極望遠(yuǎn)鏡”實(shí)驗(yàn)上得到初步驗(yàn)證。這次脈沖星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步改進(jìn)該導(dǎo)航算法，并分別應(yīng)用到慧眼衛(wèi)星3種望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示均可實(shí)現(xiàn)慧眼衛(wèi)星的自主定位。
據(jù)了解，為進(jìn)一步檢驗(yàn)該導(dǎo)航算法的可行性與可靠性，中科院高能所慧眼衛(wèi)星研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行充分的理論分析，并選取多種類型的脈沖星進(jìn)行模擬驗(yàn)證，結(jié)果顯示該方法對(duì)其他導(dǎo)航脈沖星同樣適用，從而為該導(dǎo)航算法在未來深空探測(cè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
慧眼衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命4年，目前，衛(wèi)星平臺(tái)及各有效載荷在軌運(yùn)行正常、技術(shù)狀態(tài)穩(wěn)定。(完)(記者 孫自法)
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