飛行在茫茫太空中的太空飛行器是如何「認路」的?未來人類的星際之旅又將怎樣開啟?讓我們一起揭開脈衝星導航的神秘面紗——
探尋星光閃耀的「太空燈塔」

未來,脈衝星導航將在深空探測、星際飛行和空間科學研究領域發揮重要作用,是人類遨遊太空的「引路人」。
新聞提示
11月10日,由我國自主研製的脈衝星導航試驗衛星成功發射升空。該衛星主要用於驗證脈衝星探測器性能和空間環境適應性,負責與太空中星光閃耀的「燈塔」互通「書信」,將為脈衝星探測奠定技術基礎。
脈衝星是宇宙中一種高速自轉的中子星,它所釋放的周期穩定的電磁輻射如同茫茫宇宙星海中燈塔上的探照燈,以多顆脈衝星為坐標基準就可為太空飛行器提供自主空間導航。脈衝星導航就是以脈衝星發射的X射線為天然信標,引導太空飛行器在宇宙空間進行自主航行的導航方式。一旦脈衝星導航得到應用,將解決現有地面導航方式精度不足問題,更好地服務於未來星際航行和深空探測,具有重要的戰略研究價值。
「天文時鐘」指引太空旅行
現有的導航方式是利用飛船向地球發回無線電信號,根據信號到達地面時間推算出飛船的具體運動位置。但隨著人類向深空探索的腳步大幅度邁進,未來數量「井噴」的太空飛行器對導航精度提出了更高要求,太空飛行器的精確導航已經成為所有空間任務的重中之重。作為地面導航方式的升級版,飛行器自主導航可大大減少測控站數量和系統整體耗費值,是未來深空探測的重點發展方向。
在宇宙天體中,有許許多多像太陽一樣的恆星,這些恆星也有壽命,也會「生老病死」。所謂脈衝星,就是恆星消亡變成的中子星當中,時刻進行高速自轉並發出脈衝信號的一員。被譽為最穩定「天文時鐘」的脈衝星,可以輔助飛船在導航過程中擺脫對地面依賴,直接利用宇宙星體實現自主導航。
脈衝星是宇宙星體中不知疲倦的「陀螺」,不僅自轉速度快而且周期穩。與目前廣泛應用的原子鐘相比,脈衝星發射的信號周期穩定性還要高出1萬倍以上,具有相當穩定的脈衝周期。由於表面具備較強磁場的脈衝星一直不停地自轉,兩極發射的電磁輻射如同燈塔上的探照燈一般不停掃過地球,使相應的探測器可接收到頻率穩定的周期性脈衝信號,從而為太空飛行器的空間自主導航提供了重要載體。
脈衝星導航的實現包括設備、定時、定位和導航4個關鍵環節。其中,探測器的較大質量是制約脈衝星導航實現的瓶頸。經過不斷改進,目前用於探測和接收脈衝星信號的太空儀器重量已經降低為25千克,具備了太空實用化的條件。