慧眼卫星成功进行脉冲星导航实验 太空旅行或不再迷航

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央视网消息：中国科学院高能物理研究所研究团队利用慧眼卫星开展了X射线脉冲星导航实验，定位精度达到10公里之内（3倍标准偏差），进一步验证了航天器利用脉冲星自主导航的可行性，为未来在深空的实际应用奠定了基础。这一成果于2019年8月21日在美国《天体物理杂志》（增刊）正式刊出。

2017年6月，我国第一颗X射线天文卫星“慧眼”在酒泉卫星发射中心成功发射，运行于高度550 千米、倾角43°的近地圆轨道上。慧眼卫星携带了高能X射线望远镜、中能X射线望远镜和低能X射线望远镜三种科学载荷和空间环境监测器，在轨运行两年多，已经得到了关于黑洞、中子星、伽马射线暴乃至引力波暴等的海量观测数据，科学结果正在源源不断地产生之中。与此同时，中国科学院高能物理研究所的慧眼卫星研究团队还利用该卫星成功开展了X射线脉冲星导航实验，进一步验证了脉冲星导航的可行性。

人类探索宇宙的脚步不断加快，范围越来越广。1977年发射的“旅行者1号”、“ 旅行者2号”正在飞向太阳系之外的茫茫宇宙深处。今天，越来越多的空间探测器从地球飞向太阳、行星、矮行星、小行星、彗星等太阳系内天体。由于这些航天器远离地球， GPS、北斗卫星导航系统等都已经难以为它们提供可靠的导航服务。为此，美国、俄罗斯等国利用地面大型射电天线建立“深空测控网”，为遥远的飞行器提供导航服务，但其提供的导航精度会随着与地球距离的增加而变差，因此不依赖地面设备的航天器“自主导航”技术受到越来越多的关注。

据介绍，X射线脉冲星导航是一种新型的自主导航方法，它利用宇宙中遥远的天体——脉冲星发出的精确的周期性脉冲信号为太空中的航天器提供导航和授时服务。脉冲星是一类高速转动的中子星，是大质量恒星在寿命的晚期发生“超新星爆发”后留下的致密天体，其脉冲信号的长期时间稳定度很高，堪比甚至优于地球上的原子钟，可作为宇宙中的时间基准，因此脉冲星也被称作“宇宙灯塔”或太空旅行中“天然的GPS卫星”。如同地面使用卫星信号进行导航一样，航天器通过观测脉冲星，也可以实现自主导航，即脉冲星导航。

近年来，X射线脉冲星导航得到越来越多的关注。2004年，欧空局发布了“基于脉冲星时间信息的航天器导航可行性研究”技术报告。2018年，美国NASA发布宣布成功进行了首次实时的在轨脉冲星自主导航试验1，在观测脉冲星7.5小时后，自主导航的精度达到5千米。我国在脉冲星导航方面也进行了大量理论和实验研究。2016年9月，中国天宫二号空间试验室发射升空，利用天宫二号上的“天极望远镜”——伽玛射线暴偏振探测器，我国科学家成功完成了脉冲星导航的国内首次空间实验。

利用慧眼卫星开展了X射线脉冲星导航实验的同时，为了进一步检验该导航算法的可行性与可靠性，研究团队还进行了充分的理论分析，并选取多种类型的脉冲星进行了模拟验证，结果显示该方法对其它导航脉冲星同样适用，为该算法的实际应用奠定了基础。美国《天体物理杂志》审稿人认为 ，“慧眼卫星开展的在轨演示验证是对脉冲星导航发展的重要贡献”。（央视记者 帅俊全）

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