Космические корабли смогут автономно перемещаться в космосе с помощью пульсаров

Навигация космического корабля за пределами околоземной орбиты обычно осуществляется центром управления полетами. Серия радиосвязных сетей по всей планете позволяет операторам связываться с космическими зондами и обновлять свой навигационный статус. А что, если космический корабль мог бы автономно определять свое местоположение, не обращаясь к Земле? Это было давней мечтой аэрокосмических инженеров, и она близка к осуществлению.

Фото из открытых источников

Пульсары – это вращающиеся нейтронные звезды, сверхплотные ядра взорвавшихся звезд-сверхгигантов, которые испускают струи электромагнитного излучения со своих полюсов. Они действуют как межзвездные маяки, которые постоянно передают радиосигналы на Землю с неизменным ритмом. Первый пульсар обнаружил британский астрофизик Джослин Белл в 1967 году.

Поскольку лучи пульсаров настолько предсказуемы, их можно использовать для своего рода триангуляции, при которой космический корабль, принимающий перекрывающиеся сигналы пульсаров, должен быть в состоянии определить свое положение в пространстве с точностью до 5-10 километров.

Теоретическая основа этого метода достаточно прочна. Настолько, что записи (временные капсулы Земли и человеческой культуры), которые были прикреплены к борту космических аппаратов «Вояджер» и «Пионер» в 1970-х годах, графически указали положение Солнца относительно 14 пульсаров, на случай, если какие-либо LGM наткнутся на космический корабль и захотят навестить нас здесь, на Земле.

Но если пульсары - такая эффективная форма навигации, почему они еще не используются?

Исследования по этому вопросу продолжаются с 1970-х годов. Именно тогда Лаборатория реактивного движения впервые начала изучать перспективу применения данного способа навигации.

Во всех космических миссиях одним из ключевых параметров является вес. Запускать предметы в космос дорого, поэтому каждый килограмм на транспортном средстве должен быть на счету. Любая работоспособная навигационная система должна быть очень маленькой и очень легкой, в противном случае важные научные приборы или топливо для двигателей, возможно, придется сократить, чтобы компенсировать это. Это серьезное препятствие для разработки жизнеспособной системы навигации по пульсарам. Пульсары обычно являются невероятно слабыми точечными источниками, что затрудняет их обнаружение без мощного (тяжелого) оборудования.

К счастью, есть решение, которое может сделать это возможным, и вместо этого использовать рентгеновский телескоп. Они могут быть меньше и легче, и все же могут улавливать сигналы пульсаров так же хорошо, как радиоантенны.

В последние годы астрономы работали над улучшением методов, с помощью которых космический корабль обрабатывает сигналы пульсаров, повышая эффективность системы и уменьшая пределы ошибок. Данное оборудование даже было протестировано на Международной космической станции (МКС), где аппарат размером со стиральную машину успешно отслеживает местоположение станции с помощью пульсаров с 2018 года.

Сейчас команды инженеров работают над разработкой еще более компактного оборудования для полетов в дальний космос.

На arXiv описывается прототип навигационного устройства под названием PODIUM, который будет весить всего 6 кг, потреблять 20 Вт мощности и помещаться в коробку размером 15 см на 24 см на 60 см. Уже получены первые многообещающие результаты. PODIUM должен уметь определять местоположение космического корабля с точностью до 10 км, используя рентгеновские сигналы из каталога пульсаров.

Вскоре эти прототипы могут стать реальными. Они смогут направлять космические зонды следующего поколения к месту назначения. Вероятно, они также будут направлять и космические корабли с пассажирами, а предстоящая космическая станция NASA Lunar Gateway, как ожидается, будет оснащена такой навигационной системой.

Вот теперь, если бы у нас еще были варп-двигатели, то мы могли бы решить проблему преодоления огромного пространства во Вселенной.