18新利最新登入GPS用于太空飞行怎么样?

我们的GPS卫星星座是伟大的但有限。
照片由美国国防部

唐纳之队到达加州,声称公平天气和安全的旅行

这可能是一个标题写在1846年的秋天,如果乔治•雅各唐纳访问全球定位系统高度精确的导航技术依赖信号从数组的卫星轨道距地球表面12500英里(20200公里)[来源:GPS.gov]。不幸的是先锋的唐纳兄弟和他们的不幸的乐队,GPS需要另一个100年的研发,让他们找到加州使用指南针,地图和坏的建议。最后,他们长途旅行变成了一个曲折的噩梦。他们成为了内华达山脉被雪困住的,许多党内死在救援人员可能达到他们在春天。

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太空探险可能面临类似的悲剧如果不能找到一个可靠的方法来定位自己前往遥远的行星,也许,遥远的星星。GPS对这类努力似乎是合乎逻辑的候选人,但该系统只如果你旅行是局限于尘世的目的地。这是因为24颗卫星构成GPS“星座”向地球传输信号。如果你位于以下卫星和接收机能够检测信号,您可以可靠地确定你的位置。巡航沿着地球表面?你是好去。在低地球轨道(LEO) ?你覆盖。风险高于狮子座,然而,和你方便的GPS18新利最新登入接收器将很快发现自己在卫星星座,因此,不再是能够记录一个信号。换句话说:GPS卫星传输下降,而不是上升。

这并不意味着地球之外任务目的地飞失明。当前导航技术使用的跟踪网络电台,抬头,进入太空。当火箭离开地球,火星,木星或超越,地面人员波束跟踪的无线电波电台船。这波反弹飞船返回地球,在仪器测量了海浪的时间旅行和频率的变化造成的多普勒效应。利用这些信息,地面人员18luck手机登录可以计算在太空火箭的位置。

现在想象你想前往太阳系外的。当你的飞船到达冥王星,你会距离地球约3673500000英里(59亿公里)。跟踪站发送的无线电信号需要5.5小时到达你,然后另一个5.5小时返回(假设波以光速旅行),使它更加难以确定你的准确位置。旅行更远,的跟踪系统的精度下降甚至更多。显然,一个更好的解决方案是将宇宙飞船的导航仪器,计算其独立的地位。这就是脉冲星导航,美国宇航局戈达德太空飞行中心的创新。

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导航到中子星

GPS使用精确的测量时间的计算。每个GPS卫星包含一个原子钟,其时间与接收机的同步。接收器可以计算范围的卫星乘以时间的卫星信号到达接收机的速度信号,光的速度。如果需要0.07秒从卫星到接收机的信号,卫星的范围是13020英里(每秒186000英里×0.07秒)。

火箭可以做出类似的计算,如果可以收到东西发出的时间信号在空间。幸运的是,宇宙包含超过几个高度精确计时设备。他们被称为脉冲星——快速旋转的中子星发出常规脉冲电磁辐射。在其生命,脉冲星住燃烧大而明亮。然后它使用完其核燃料和巨大的爆炸中丧生。爆炸是一个快速旋转的产物,高度磁化对象的波兰人发出强大的能量光束。现在,随着死星旋转,周围的光束扫描,就像一座灯塔的灯塔。一个观察者在地球上看不到恒星本身,但他能看到的光脉冲,通过空间流。

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有些脉冲星眨眼,每隔几秒钟;人眨眼更迅速。无论哪种方式,他们总是用恒频脉冲,这使得它们有用的保持时间。事实上,正如计时设备,脉冲星的对手原子钟的精度。1974年,喷气推进实验室的科学家——9唐斯首次提出使用脉冲星的想法帮助宇宙飞船导航。这个概念仍然在纸上,因为科学家们仍然不知道足够的神秘的恒星,因为唯一可用的工具来检测脉冲星射电望远镜——是巨大的。

多年来,该领域的先进。天文学家继续发现脉冲星和研究他们的行为。例如在1982年,科学家们发现了第一毫秒脉冲星,不到20毫秒的时间。在1983年,他们发现,某些毫秒脉冲星发出强大的x射线信号。所有的工作使人们有可能将脉冲星导航从纸到实践中去。

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银河GPS

这个艺术家的表演展示了更好的/六分仪负载。18新利最新登入56-telescope载荷将飞在国际空间站。
图片由美国宇航局

尽管我们使用的GPS在地球上并没有帮助星际旅行适用于其他导航系统,其原则。事实上,使用脉冲星东方自己太阳系中类似的全球定位系统(GPS)在许多方面:

  1. 首先,正如一个GPS接收器满足使用四个或更多的卫星数据,你需要不止一个脉冲星在空间中确定一个物体的精确位置。幸运的是,天文学家们已经发现了超过2000多年的脉冲星[来源:]。导航的最佳候选人,然而,是稳定的脉冲星,眨眼在毫秒范围了,发出强大的x射18新利最新登入线信号。即使有这些限制,大量的可能性依然存在。脉冲星在考虑包括J0437 4715−J1824−2452 a, J1939 + 2134和J2124−3358[来源:]。
  2. 接下来,您需要检测的信号发出的脉冲星。这就相当于GPS接收器,但它需要敏感的x射线辐射。许多天文台x射线望远镜,但他们实在是太大了皮带的宇宙飞船。下一代的探测器,称为XNAV接收器,将小得多,容易带进空间。
  3. 最后,您需要让所有适当的计算算法。团队的科学家们已经研究出了数学在未来几年内,使用一组复杂的方程来解释变量如脉冲星旋转违规行为和外部现象的影响——引力波或等离子体波的传播。虽然数学是富有挑战性的,基本思想是一样的GPS: XNAV接收器检测信号从四个或更多的脉冲星。每个信号都携带一个精确的时间戳,允许一台计算机来计算改变航天器搬到远离一些脉冲星和接近他人。

最后一个障碍,当然是测试这个理论是否成立。将的关键目标之一美国宇航局更好/六分仪的使命。更好的/六分仪代表中子星内部成分Explorer /站Explorer x射线时机和导航技术,它描述了一个仪器组成的56个x射线望远镜捆绑在一起在mini-refrigerator-sized array[来源:美国国家航空航天局]。将飞的国际空间站2017年,仪器将做两件事:研究中子星更多地了解他们,作为一个概念证明脉冲星导航。

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如果更好的/六分仪任务成功,我们将会更近一步自动行星际导航。也许我们会有技术来避免Donner-like灾难在外层空间。迷失在太阳系的边缘,从地球上数十亿英里,比从似乎有点可怕的路到加州的路上。

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作者注:GPS用于太空飞行怎么18新利最新登入样?

记住“迷失在太空,”装模作样的科幻电视节目播出在1960年代末?18新利最新登入我看了重播在70年代,爱的每一分钟。看起来很酷的迷失在太空。现在,一些角度来看,似乎完全可怕。如果脉冲星导航成为现实,至少这方面的航天——找到你的方式——将变得不那么令人生畏。

相关文章

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  • “一个使用脉冲星星际GPS信号。”The Physics arXiv Blog. May 23, 2013. (Aug. 8, 2013) http://www.technologyreview.com/view/515321/an-interplanetary-gps-using-pulsar-signals/
  • 粮食,Tushna。“脉冲星的太空任务地图。”Physics World. June 4, 2013. (Aug. 8, 2013) http://physicsworld.com/cws/article/news/2013/jun/04/pulsars-map-the-way-for-space-missions
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  • 美国宇航局局长。“NASA水龙头的力量僵尸恒星一分之二的乐器。”美国国家航空航天局。2013年4月5日。(2013年8月8日)http://www.nasa.gov/topics/universe/features/zombie-stars.html
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  • 员工的作家。“导航技术需要GPS新高。”空间Daily. April 12, 2010. (Aug. 8, 2013) http://www.spacedaily.com/reports/Navigator_Technology_Takes_GPS_To_A_New_High_999.html
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