Авторы и права: Рентген: NASA/CXC/Амстердамский университет/N.Rea et al; Оптический: DSS

«Мы можем использовать звездные трекеры, чтобы определить направление, на которое указывает космический корабль, но чтобы узнать точное местоположение космического корабля, мы полагаемся на радиосигналы, посылаемые между космическим кораблем и Землей, что может занять много времени и требует использования избыточной подписки инфраструктура, такая как сеть дальнего космоса НАСА», — сказал Зак Патнэм, профессор кафедры аэрокосмической техники в Иллинойсе.

«Использование рентгеновской навигации устраняет эти два фактора, но до сих пор требовало начальной оценки положения космического корабля в качестве отправной точки. Это исследование представляет систему, которая находит возможные местоположения космического корабля без предварительной информации, чтобы космический корабль мог перемещаться автономно."

«Кроме того, наши наземные системы связи для полетов в дальний космос сейчас перегружены», — сказал он. «Эта система даст космическому кораблю автономию и снизит зависимость от земли. Навигация по рентгеновскому пульсару помогает нам обойти это и позволяет определить, где мы находимся, без вызова».

Патнэм сказал, что, поскольку наша атмосфера отфильтровывает все рентгеновские лучи, вы должны находиться в космосе, чтобы наблюдать за ними. Пульсары испускают электромагнитное излучение, похожее на импульсы, потому что мы измеряем пик рентгеновских сигналов каждый раз, когда пульсар вращается вокруг нас и указывает на нас — подобно лучу света, исходящему от маяка.

«Каждый пульсар имеет свой характерный сигнал, как отпечаток пальца», — сказал он. «У нас есть записи рентгеновских лучей примерно 2000 пульсаров и то, как они менялись с течением времени».

Как и в глобальной системе позиционирования, местоположение можно определить по пересечению трех сигналов.

«Проблема с пульсарами заключается в том, что они вращаются так быстро, что сигнал часто повторяется», — сказал он. «Для сравнения, GPS повторяется каждые две недели. С пульсарами, хотя существует бесконечное количество возможных местоположений космических аппаратов, мы знаем, насколько далеко друг от друга находятся эти кандидаты.

Пересечение полосчатых областей трех пульсаров в 3D. Предоставлено: Университет Иллинойса, кафедра аэрокосмической техники

«Мы пытаемся определить положение космического корабля в областях, которые имеют диаметр порядка нескольких астрономических единиц, таких как размер орбиты Юпитера — что-то вроде квадрата со стороной в один миллиард миль. Задача, которую мы пытаемся решить, заключается в следующем, как мы можем интеллектуально наблюдать за пульсарами и полностью определять все возможные местоположения космических аппаратов в домене, не используя чрезмерное количество вычислительных ресурсов», — сказал Патнэм.

Алгоритм, разработанный аспирантом Кевином Лоханом, объединяет наблюдения многочисленных пульсаров для определения всех возможных положений космического корабля. Алгоритм обрабатывает все возможные пересечения в двух или трех измерениях.

«Мы использовали алгоритм для изучения того, какие пульсары мы должны наблюдать, чтобы уменьшить количество возможных местоположений космических аппаратов в заданной области», — сказал Патнэм. Результаты показали, что наблюдение наборов пульсаров с более длинными периодами и небольшими угловыми расстояниями может значительно сократить количество возможных решений в заданной области.

Исследование опубликовано в журнале IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems.