脉冲导航脉冲星

Techie 站在浪尖上的先驱者

中国于11月10日发射了首颗脉冲星导航试验卫星（XPNAV-1）。这颗卫星是世界首颗“脉冲星导航”x26nbsp;实验卫星，发射上天之后，将会尝试“验证基于X射线脉冲星的航天器自主导航技术的可行性”的黑科技。...

航宇说ID:younghkyh精益求精，航宇说，说航宇，别出心裁

功不唐捐，学子论，论经纬，挥斥方遒

“这一次，中国不再跟随美欧的脚步，而要成为第一个吃螃蟹的人。”

中国于11月10日发射了首颗脉冲星导航试验卫星（XPNAV-1）。这颗卫星是世界首颗“脉冲星导航” 实验卫星，发射上天之后，将会尝试“验证基于X射线脉冲星的航天器自主导航技术的可行性”的黑科技。

继1958年美国开始研究GPS、2000年中国首次发射北斗导航卫星，导航技术日趋完善，卫星导航已经成为家喻户晓的技术。然而现在，脉冲星导航正是导航技术里一颗冉冉升起的新星，它将是又一项划时代的科技。

什么是脉冲星？一、简介脉冲星，又称波霎，是中子星的一种，为会周期性发射脉冲信号的星体，直径大多为10千米左右。脉冲星的自转极快，且其自身有10^7—10^14T的强磁场。简单来说，脉冲星就是自转极快的中子星。

二、发现历史

1967年10月，剑桥大学卡文迪许实验室的乔丝琳·贝尔检测射电望远镜收到的信号时无意中发现了一些有规律的脉冲信号，它们的周期十分稳定，为1.337秒。后来，人们确认这是一类新的天体，并把它命名为脉冲星。

脉冲星的发现是20世纪激动人心的重大发现，为人类探索自然开辟了新的领域，而且对现代物理学的发展产生了深远影响，成为上世纪60年代天文学的四大发现之一。

三、特征

脉冲星主要有以下三大特征：

1、极高的自转速度；

2、极强的磁场强度；

3、极精确的信号周期:脉冲星靠消耗自转能而弥补辐射出去的能量，因而自转会逐渐放慢。但是这种变慢非常缓慢，以至于信号周期的精确度能够超过原子钟。脉冲星因此被誉为自然界最精确的天文时钟。

正因为上述三大明显的特征，脉冲星在宇宙中易于辨识，在宇宙中的定位位置比较精准，被誉为“宇宙中的灯塔”。因此，才为脉冲星作为导航技术的新突破口提供了可能。

什么是脉冲星导航？脉冲星导航是在航天器上安装X射线探测器，探测脉冲星辐射的X射线光子，测量光子到达时间和提取脉冲星影像信息，经过相应的信号和数据处理，航天器自主确定轨道、时间和姿态等导航参数的过程。

其基本原理是：以同一个脉冲信号到达太阳系质心的时间与到达航天器的时间差为观测量，构造X射线脉冲星导航测量方程。该方程有4个未知数，包括3个位置坐标分量和1个时钟偏差量。通过同时探测4颗脉冲星，或每个弧段观测1颗脉冲星并结合航天器轨道动力学模型，求解4个未知数，实现航天器自主导航。

简言之，脉冲星导航就是借助脉冲星辐射的X射线，经过一系列复杂的计算，最终由航天器确定自主导航的方式。

什么是中国的脉冲导航卫星？

一、简介

2016年11月10日早晨7时42分，在中国西北部酒泉卫星发射中心，长征十一号运载火箭载着脉冲导航试验卫星冉冉升起，开启了导航技术的新篇章。

我国发射的脉冲导航试验卫星属太阳同步轨道卫星，将会在进入轨道后开展技术试验，主要验证星载脉冲星探测器性能指标和空间环境适应性，积累在轨实测脉冲星数据。

二、研发背景

脉冲星导航的概念早在20世纪70年代就已被提出，它可为人造卫星、宇宙飞船提供导航。不过，以往提出的基于脉冲星射电信号的航天器自主轨道确定方法存在明显缺陷，X射线脉冲星导航技术研究也仅停留在关键技术研究与地面验证阶段。

据中国空间技术研究院脉冲星导航卫星科学任务系统总设计师帅平研究员介绍：脉冲星导航系统并非直接对地面进行导航，而是对近地轨道卫星、深空探测及星际飞行器进行导航。“其实就是利用脉冲星发射的X射线信号作为天然信标，引导航天器在宇宙空间自由航行。”三、试验目标

据帅平介绍，我国发射的世界上首颗脉冲星导航试验卫星将搭载两种类型的探测器载荷：一个是准直型微通道板探测器，探测面积为2400平方厘米；另一个是聚焦型探测器，聚焦镜头口径为17厘米。

这颗卫星有以下三个试验目标：

1、上天实测两种不同类型的探测器性能，同时利用探测器研究宇宙的背景噪声；

2、探测蟹状星云脉冲星（Crab），解决中国研制的探测器“看得见”脉冲星的问题；

3、探测3颗低流量脉冲星。

四、发展前景由于脉冲星极其稳定的周期性——稳定度比目前最稳定的氢原子钟还要高1万倍以上，脉冲卫星导航有着传统卫星导航无可比拟的优势。

但是与传统的卫星导航不同，脉冲星导航不能直接对地面进行导航，而是对近地轨道卫星、深空探测及星际飞行器进行导航。这是因为，X射线属于高能光子，难于穿过地球稠密大气层，只能在地球大气层外空间观测到。

仅仅是这样，脉冲导航技术便已经是难以企及的高新技术了。它为近地轨道、深空探测和星际飞行航天器提供高精度的位置、速度、时间和姿态等丰富的自主导航信息服务，从而实现航天器长时间高精度自主导航与精密控制，具有广阔的工程应用前景。

中国将通过5到10年的努力，探测26颗脉冲星，建立脉冲星导航数据库。如果能够实现脉冲星的导航，我们将不用再从地面对卫星进行追踪测量，它将自行整理数据发回，告诉地球我在哪儿。一颗卫星每年维护费用高达6000万美元，包括设备、地面站布设，但如果实现自主运行，将会大大减轻地面测控站的负担、费用和工作量，不过，要达到这一点是很难的。

虽然目前还不知道结果怎样，但中国充满信心。以脉冲星为基准的时间系统如果建成了，将是颠覆性的。也许不久的将来，我们的航天器可以长时间不需要人来照料，我们对表的时间将是脉冲星时间。