泰伯網(wǎng)訊 10月8日恰逢中國航天事業(yè)創(chuàng)建60周年。記者從中國空間技術(shù)研究院獲悉，中國將于11月?lián)駲C發(fā)射首顆脈沖星導(dǎo)航試驗衛(wèi)星(XPNAV-1)，實測脈沖星發(fā)射的X射線信號，嘗試驗證脈沖星導(dǎo)航技術(shù)體制的可行性。

　　GPS導(dǎo)航家喻戶曉，北斗導(dǎo)航也日益完善，但大多數(shù)人可能沒聽過脈沖星導(dǎo)航。

　　據(jù)中國空間技術(shù)研究院脈沖星導(dǎo)航衛(wèi)星科學(xué)任務(wù)系統(tǒng)總設(shè)計師帥平研究員介紹，恒星的一生也像人一樣，經(jīng)歷從孕育誕生，到成長成熟，以及最終衰老死亡的整個過程。大體上說來，恒星死亡后的遺骸可以分為三類：白矮星、中子星和黑洞。

　　“脈沖星就是高速自轉(zhuǎn)的中子星，具有極其穩(wěn)定的周期性，其穩(wěn)定度比目前最穩(wěn)定的氫原子鐘還要高1萬倍以上，被譽為自然界中最穩(wěn)定的天文時鐘，使之成為人類在宇宙中航行的燈塔。”帥平說。

　　可是，導(dǎo)航和時間精準(zhǔn)不精準(zhǔn)有什么關(guān)系呢?

　　事實上，無論是最早出現(xiàn)的地文導(dǎo)航，還是大航海時代的天文導(dǎo)航，還是現(xiàn)代的無線電導(dǎo)航，都需要時間。

　　例如，所處位置的經(jīng)度測量就得依賴于時間測量。眾所周知，地球每24小時自轉(zhuǎn)一周，也就是360度，每小時就相當(dāng)于經(jīng)度15度。所以，只要知道兩地的時間差，就可以知道兩者之間的經(jīng)度差了。如果某地的正午12點正好是倫敦的上午10點，那么就說明此地在倫敦東邊30度的地方。所以，導(dǎo)航的核心就是要解決時間測量問題。

　　帥平介紹說，在無線電導(dǎo)航中，時間測量是基本觀測量，根據(jù)信號傳播時間來計算兩者之間的距離。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一種天基的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，采用單向達到時間測量距離。脈沖星導(dǎo)航與衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理極為相似，其觀測距離是利用脈沖星發(fā)射的同一個X射線脈沖信號到達太陽系質(zhì)心和航天器的時間差來測定的。當(dāng)前，衛(wèi)星導(dǎo)航定位精度為10米，脈沖星導(dǎo)航的最終精度也能夠達到10米水平。

　　這一次，中國不再跟隨美歐的腳步，而要成為“第一個吃螃蟹的人”。“11月將擇機發(fā)射的世界上首顆脈沖星導(dǎo)航試驗衛(wèi)星將搭載兩種類型的探測器載荷：一個是準(zhǔn)直型微通道板探測器，探測面積為2400平方厘米;另一個是聚焦型探測器，聚焦鏡頭口徑為17厘米。”帥平說。

　　“盡管上世紀七十年代就提出關(guān)于脈沖星導(dǎo)航的概念，但是基于現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)到達時間測距思想而提出的X射線脈沖星導(dǎo)航技術(shù)問題，也僅是近10年來的事。目前，X射線脈沖星導(dǎo)航技術(shù)研究處于關(guān)鍵技術(shù)研究與地面驗證階段，即將開展空間飛行試驗，實測驗證其可行性。”帥平說。

圖為脈沖星磁極信號輻射。中國空間技術(shù)研究院供圖

　　據(jù)他介紹，這顆衛(wèi)星有三個試驗?zāi)繕?biāo)：

　　第一，上天實測兩種不同類型的探測器性能，同時利用探測器研究宇宙的背景噪聲。背景噪聲就像沙子，而脈沖星信號是他們要尋找的金子。要從沙子里淘出金子來，了解背景噪聲是一項基礎(chǔ)性工作。

　　第二，探測蟹狀星云脈沖星(Crab)，解決中國研制的探測器“看得見”脈沖星的問題。早在1054年，宋朝的天文學(xué)家就首次觀測并記錄了蟹狀星云脈沖星的超新星爆發(fā)，探尋祖先發(fā)現(xiàn)的這顆脈沖星，也將成為中國X射線脈沖星探測的歷史性跨越。同時，還計劃探測另外7顆脈沖星，包括4顆脈沖星雙星系統(tǒng)和3顆低流量的脈沖星，并開展相關(guān)拓展試驗。

　　第三，探測3顆低流量脈沖星。蟹狀星云脈沖星的流量是每秒鐘每平方厘米1.54個光子，但是低流量脈沖星每秒鐘每平方厘米只有0.001個光子，探測難度更大，但是更有希望用于導(dǎo)航。這是因為低流量脈沖星大量存在，同時不會像蟹狀星云脈沖星那樣因為周期躍變而導(dǎo)致穩(wěn)定度下降。如果能探測到3顆低流量脈沖星，那么就可以實測驗證脈沖星導(dǎo)航技術(shù)的可行性。

　　“接下來，我們打算通過5到10年的努力，探測26顆脈沖星，把它們的數(shù)據(jù)測得非常精準(zhǔn)，建立脈沖星導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫。”帥平說，這26顆脈沖星分布在整個天球當(dāng)中，距離地球都十分遙遠，從幾千到幾萬光年不等。

　　因為各項工作幾乎無先例可循，帥平帶領(lǐng)的研究團隊歷時10年的攻關(guān)研究，突破了探測器、數(shù)據(jù)庫、時間同步和大尺度導(dǎo)航等關(guān)鍵技術(shù)。(整理|泰伯網(wǎng) 珊珊)