未來GPS何種模樣？駕馭射電波束的脈沖星導(dǎo)航

　　據(jù)國外媒體報道，隨著航天與宇航技術(shù)的發(fā)展，人類在未來數(shù)個世紀(jì)內(nèi)將在太陽系內(nèi)建造殖民地，各類棲息地將會出現(xiàn)在其他行星或者軌道上，進(jìn)入宇宙空間意味著我們離開了地球的磁場保護(hù)，面對各種未知的冒險，醫(yī)學(xué)、動力以及宗教等領(lǐng)域都將出現(xiàn)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(guān)系到我們?nèi)绾卧谟钪婵臻g中定位，這就是導(dǎo)航技術(shù)。

　　太陽系內(nèi)的行星際航行將使用脈沖星導(dǎo)航技術(shù)，毫秒級脈沖星將是潛在的目標(biāo)星天體

　　伊卡洛斯計劃為我們規(guī)劃了多種星際導(dǎo)航和動力藍(lán)圖

　　正如古代航海的水手，在大海上可以通過恒星或者行星進(jìn)行導(dǎo)航，判斷航行的方向，天狼星、啟明星、北斗七星都是天空中比較著名的“方向星”，那么未來行星際乃至恒星際航行需要用何種天體進(jìn)行導(dǎo)航呢？顯然我們需要選擇一種遙遠(yuǎn)且具有別樣特征的天體，科學(xué)家認(rèn)為脈沖星將是未來導(dǎo)航的主要途徑。脈沖星是中子星的一種，也是曾經(jīng)被認(rèn)為是智慧生物信號的天體，可發(fā)出規(guī)律的周期性信號，脈沖星發(fā)出的射電波束如同一座精確的宇宙燈塔，其半徑僅為數(shù)十公里左右，依靠電子簡并壓力與引力維持平衡，質(zhì)量和密度都讓人嘆為觀止。

　　科學(xué)家已經(jīng)提出了基于脈沖星導(dǎo)航的理論，通過觀測脈沖星的位置來推算飛船的空間坐標(biāo)，也是一種三角測量法在大尺度天體定位上的應(yīng)用，有研究得出：使用脈沖星導(dǎo)航可以吧定位誤差縮小在五公里之內(nèi)，這對于浩淼的宇宙而言是多么地精確，也可以滿足太陽系內(nèi)的行星際航行初步定位的要求。可以預(yù)見，未來“星際GPS”的一種定位方式將是脈沖星導(dǎo)航。

　　伊卡洛斯星際航行計劃主張研發(fā)前衛(wèi)的飛船推進(jìn)系統(tǒng)，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(nèi)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(shù)也將使得太陽系內(nèi)的空間飛行變得更容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，像曲速引擎這類只在科幻片中出現(xiàn)的動力應(yīng)該在未來一段時間內(nèi)并不會作為我們的宇航動力。有了強(qiáng)大的動力系統(tǒng)，時間似乎變得更容易“操縱”，幾個月之內(nèi)我們就能航行至太陽系的其他地方，因此導(dǎo)航對我們而言顯然迫在眉睫。

　　到目前為止，我們對（火星）飛船的定位依然采用傳統(tǒng)的（望遠(yuǎn)鏡）跟蹤技術(shù)，并嚴(yán)重依賴規(guī)劃好的飛行路線，這使得遠(yuǎn)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?shù)降厍蛏暇鸵ǖ舸蟀胩斓臅r間，因此，定位也需要穩(wěn)定且及時的信號傳輸。日常使用的GPS系統(tǒng)就存在輕微的延遲，我們需要搜索更多的導(dǎo)航星來進(jìn)行精確的定位，普朗克研究所科學(xué)家維爾納·貝克爾和麥克·哈特提出了構(gòu)建脈沖星導(dǎo)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，并把太陽作為一個固定的參考點(diǎn)，這樣就可以確切得出飛船在太陽系內(nèi)的位置。

　　搜索脈沖星時，需要至少3顆脈沖星，當(dāng)然最好是10顆脈沖星，其導(dǎo)航星的數(shù)量與GPS系統(tǒng)相似，確認(rèn)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·薩根就試圖通過通過脈沖星的位置來標(biāo)記地球的位置，這些信息計劃被帶到先驅(qū)者10號和11個空間探測器上，如果代達(dá)羅斯計劃被實(shí)施，那無疑將配備脈沖星導(dǎo)航技術(shù)。

　　貝克爾和他的同事們正在尋找可以用于銀河系定位的脈沖星，他們發(fā)現(xiàn)毫秒級脈沖星是個理想的天體，有著微弱的磁場，自轉(zhuǎn)速度等參數(shù)適合作為星際導(dǎo)航的目標(biāo)星。無論是X射線還是射電波，脈沖星都是易被發(fā)現(xiàn)的天體，當(dāng)然通過X射線對脈沖星進(jìn)行搜索需要面對一些意外，宇宙中過于明亮的X射線源可能損壞導(dǎo)航設(shè)備。因此，在恒星際空間中飛行，脈沖星導(dǎo)航最好利用射電波途徑，我們目前已經(jīng)知道了脈沖星的工作方式，獲得較高觀測精確度應(yīng)該不是問題，但是該方法存在缺點(diǎn)，我們需要在飛船上安裝直徑達(dá)150米以上的天線。

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