一位天文學(xué)家剛剛設(shè)計了一套星際太空旅行的導(dǎo)航系統(tǒng)

簡介：天空旅行中新的導(dǎo)航定位方式

現(xiàn)在是2021年，我們終于不用那么擔(dān)心我們的宇宙飛船會在星際空間中迷失了。

天文學(xué)家拜勒-瓊斯利用遠(yuǎn)近恒星的位置和移動光，證明了對遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越太陽系的宇宙飛船進(jìn)行自主飛行導(dǎo)航的可行性。

星際太空導(dǎo)航似乎不是一個直接的問題。然而，在過去的十年里，人造儀器已經(jīng)進(jìn)入了星際空間，因?yàn)榈谝粋€旅行者1號（2012年）和旅行者2號（2018年）越過了太陽系的邊界。

新視野號加入他們只是時間問題，未來將會有更多的調(diào)查。隨著這些航天器離它們的母地球越來越遠(yuǎn)，與地球的通信時間越來越長。

“新視野號”目前距離地球近14光小時，這意味著發(fā)送信號和接收響應(yīng)需要28小時；這不是一個不可能的跟蹤和導(dǎo)航系統(tǒng)，而是一個笨拙的系統(tǒng)。

然而，在越來越大的距離下，這將不再可靠。

貝勒-瓊斯在他的論文中寫道：“當(dāng)前往最近的恒星時，信號將過于微弱，光的旅行時間將需要數(shù)年。”該論文的預(yù)印本目前可以在服務(wù)器arXiv上獲得，在那里等待天文學(xué)界的同行評審。

“因此，星際飛船必須自主導(dǎo)航，并利用這些信息來決定何時進(jìn)行航向修正或打開儀器?！边@樣的航天器需要能夠通過機(jī)上測量來確定它的位置和速度?！?/p>

在德國馬克斯·普朗克天文研究所工作的拜勒-瓊斯并不是第一個想到這一點(diǎn)的人。美國宇航局一直致力于脈沖星的導(dǎo)航，利用死恒星的常規(guī)脈動作為銀河系GPS的基礎(chǔ)。這種方法聽起來很棒，但由于星際介質(zhì)的信號失真，它可能會在更遠(yuǎn)的距離上產(chǎn)生誤差。

有了恒星的目錄，拜勒-瓊斯能夠證明，根據(jù)這些恒星位置的變化方式，可以高精度地計算出六維空間的坐標(biāo)，即三維空間和三維空間的速度坐標(biāo)。

他寫道：“當(dāng)航天器離開太陽時，由于視差、像差和多普勒效應(yīng)，觀測到的恒星的位置和速度將相對于地球目錄中的位置和速度發(fā)生變化?！?/p>

“通過測量成對恒星之間的角距離，并將其與目錄進(jìn)行比較，我們可以通過一個迭代的前向建模過程來推斷出航天器的坐標(biāo)?！?/p>

視差和像差都是指由于地球的運(yùn)動而導(dǎo)致的恒星位置的明顯變化。多普勒效應(yīng)是根據(jù)恒星的光波長的變化，看它是否接近或遠(yuǎn)離觀察者。

因?yàn)樗羞@些影響都涉及到兩個天體的相對位置，在不同位置的第三個天體（航天器）將看到不同的恒星排列。

實(shí)際上很難確定到恒星的距離，但我們已經(jīng)好多了。蓋亞衛(wèi)星正在進(jìn)行一項正在進(jìn)行的任務(wù)，以繪制銀河系的三維地圖，并為我們提供了迄今為止最準(zhǔn)確的星系地圖。

拜勒-瓊斯用模擬的恒星目錄測試了他的系統(tǒng)，然后用1997年希帕爾科斯目錄編制的附近的恒星。

雖然這不像蓋亞那么準(zhǔn)確，但這并不特別重要——目的是測試導(dǎo)航系統(tǒng)是否可以工作。

只要只有20顆恒星，該系統(tǒng)就可以確定航天器的位置和速度，在3個天文單位和每秒2公里的范圍內(nèi)（每秒1.24英里）。這種精度可以提高到恒星數(shù)量的平方根的倒數(shù)；有100顆恒星，精度降低到1.3個天文單位和0.7公里每秒。

有一些問題需要解決。該系統(tǒng)沒有考慮到恒星雙星，也沒有考慮到儀器。其目的是為了表明它是可以實(shí)現(xiàn)的，作為實(shí)現(xiàn)它的第一步。

它甚至有可能與脈沖星導(dǎo)航一起使用，這樣這兩個系統(tǒng)就可以相互減少彼此的缺陷。然后天空，從字面上來說，是極限。

這篇論文可在arXiv上找到。

相關(guān)知識

行星際航行或行星際旅行指在行星系內(nèi)的行星之間旅行[1]。實(shí)務(wù)上，此類的太空航行局限于太陽系內(nèi)的行星之間。載人飛行的行星際航行必須維持生命保障系統(tǒng)，成本非常高昂；而重量較輕的太空探測器則是太陽系內(nèi)行星際航行的主力。

在太陽系中，由于飛往內(nèi)行星的飛行器的軌道方向是朝向太陽的，所以其可以獲得加速度；而飛往外行星的飛行器由于是背向太陽飛行的，故其速度會逐漸降低。

BY: wionews

FY: Dendi

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