NASA pademonstravo visiškai autonominę orientavimosi tolimajame kosmose rentgeno spinduliais technologiją. Pirmoji pasaulyje sistema gali būti naudojama robotinių erdvėlaivių navigavimui tolimajame kosmose. Demonstraciją atlikusi NASA inžinierių komanda pasivadino „Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology“, arba SEXTANT.
NASA pademonstravo visiškai autonominę orientavimosi tolimajame kosmose rentgeno spinduliais technologiją. Pirmoji pasaulyje sistema gali būti naudojama robotinių erdvėlaivių navigavimui tolimajame kosmose. Demonstraciją atlikusi NASA inžinierių komanda pasivadino „Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology“, arba SEXTANT.
Jie parodė, kad tūkstančių mylių per valandą greičiu per kosmosą skriejančių objektų padėtį galima tiksliai nustatyti milisekundiniais pulsarais. „Ši sistema veikia panašiai kaip globalioji pozicionavimo sistema (GPS), pateikianti vartotojams jų buvimo vietą Žemėje, naudodami 24 palydovų koordinačių duomenis.
„Ši demonstracija yra būsimų tolimojo kosmoso tyrinėjimo proveržis, – sakė SEXTANT projekto vadovas Jasonas Mitchellas, aerokosminės srities technologas iš NASA Goddard kosminių skrydžių centro Greenbelte, Marylande. – Pirmieji pademonstravome visiškai autonominę rentgeno spindulių navigaciją ir realiuoju laiku kosmose, ir dabar pirmaujame šioje srityje.“
Naujoji sistema atveria duris tolimojo kosmoso tyrimams
Naujoji sistema yra tolimojo kosmoso navigacijos sistema, apjungianti naują navigacijos rentgeno spinduliais technologiją su jau egzistuojančiomis erdvėlaivių radijo ir optinėmis sistemomis. Kad būtų galima praktiškai naudoti erdvėlaiviams tolimajame kosmose, ją dar reikės patobulinti. Bet technologijos demonstracija parodė, kaip erdvėlaiviai galėtų autonomiškai nustatyti savo buvimo vietą, nesiremdami Žemės globalia navigacija. Pulsarai prieinami visiems žinomiems skrydžio režimams. SEXTANT komandos demonstracija buvo finansuojama, vykdant NASA Game Changing Development programą. Kurdami naują navigacijos metodą, inžinieriai naudojo 52 rentgeno spindulių teleskopus ir silicinius poslinkio jutiklius, sudarančius NASA Neutroninių žvaigždžių vidinės sandaros tyrėją (Neutron star Interior Composition Explorer – NICER). NICER prie Tarptautinės kosminės stoties buvo primontuotas birželį.
„Atliekame labai šaunius mokslo tyrimus ir kosminę stotį naudojame kaip platformą šiems tyrimams, kurie savo ruožtu kuria rentgeno spindulių navigaciją, – sakė Keith Gendreau iš Goddardo centro, vyriausiasis NICER tyrėjas. – Ši technologija padės žmonijai orientuotis erdvėje ir tyrinėti galaktiką.“
NICER – integrali tyrimo dalis
NICER yra skalbimo mašinos dydžio observatorija, naudota įvairiuose projektuose nuo pat įdiegimo TKS praėjusių metų birželį.
Dabar ja tyrinėjamos neutroninės žvaigždės, konkrečiau – greitai pulsuojantys jų atstovai, pulsarai. Pulsarus galima stebėti visame elektromagnetinio spinduliavimo spektre, bet NASA inžinieriai tiria juos rentgeno spindulių ruože, nes taip gaunama daugiausiai informacijos. Neutroninės žvaigždės yra tokios tankios, kad jei būtų suspaustos dar labiau, kolapsuotų į juodąsias bedugnes.
NICER veidrodžiai koncentruoja rentgeno spindulius į silicio jutiklius ir surenka duomenis, atspindinčius vidinę neutroninių žvaigždžių struktūrą, taip pat ir reguliariai blyksinčių, vadinamųjų pulsarų
©„NASA Goddard Space Flight Center“ / Keith Gendreau
NICER tyrinėja visus neutroninių žvaigždžių tipus, bet SEXTANT projektas dėmesį sutelkė į pulsarų stebėjimus. Pulsarai matomi kaip šviesos žybsniai, pasirodantys labai didelio tikslumo periodais. Po sėkmingo sistemos demonstravimo 2017 lapkričio 11 dieną, SEXTANT komanda dabar derins sistemą, kad būtų galima ją naudoti kaip įprastą erdvėlaivių navigaciją. „Ši sėkminga demonstracija parodė, kad rentgeno pulsarų navigaciją galima naudoti kaip naują autonominę navigaciją. Parodėme, kad užbaigus kūrimą, ši technologija galės pasitarnauti tolimojo kosmoso tyrimams mūsų sistemoje ir už jos ribų, – sakė Mitchellas. – Tai nuostabi nauja technologija.“
Demonstruodama technologiją 2017 metais, SEXTANT komanda pasirinko keturis milisekundinius pulsarus — J0218+4232, B1821-24, J0030+0451, ir J0437-4715 — ir nurodė NICER orientuoti save taip, kad galėtų aptikti jų skleidžiamus rentgeno spindulių blyksnius. SEXTANT naudoti milisekundiniai pulsarai tokie stabilūs, kad jų žybsnių atsiradimo laikas gali būti numatytas mikrosekundžių tikslumu daugeliui metų.
Dvi dienas trukusio eksperimento metu NICER atliko 78 matavimus, kurių duomenis SEXTANT eksperimentas pateikė specialiam algoritmui, kurie autonomiškai nustatė NICER buvimo vietą orbitoje aplink Žemę. Komanda palygino sprendinius su vietos duomenimis, surinktais NICER GPS imtuvu.
„Kad vietiniai matavimai turėtų prasmę, turėjome sukurti modelį, numatantį atvykimo laiką, remiantis antžeminiais radioteleskopais visame pasaulyje, – sakė Paul Ray, SEXTANT tyrėjas iš JAV Jūsų laivyno tyrimų laboratorijos. – Skirtumas tarp matavimų ir modelio prognozių suteikia mums navigacinę informaciją.“
Siekta parodyti, kad sistema NICER gali nustatyti 28200 km/h skriejančios TKS buvimo vietą 15 km spinduliu. Per aštuonias valandas nuo eksperimento pradžios lapkričio 9 dieną, sistema nurodė vietą 15 km spinduliu ir likusią eksperimento dalį išlaikė koordinates gerokai tiksliau, nei ši riba, sakė Mitchellas. Tiesą sakant „gera dalis“ duomenų rodė poziciją penkių kilometrų tikslumu.
„Tai vyko daug greičiau, nei per eksperimentui numatytas dvi savaites, – sakė Goddard dirbantis SEXTANT sistemos architektas Luke Winternitz. – Matėme, kad mūsų sistema turėtų veikti, bet savaitgalį vykęs eksperimentas pagaliau pademonstravo, kad sistema gali veikti autonomiškai.“
Nors plačiai naudojama GPS sistema Žemėje buvimo vietą galima nustatyti kelių dešimčių centimetrų tikslumu, keliaujant į Saulės sistemos pakraščius, kur atstumai tarp objektų matuojami milijonais kilometrų, tokio tikslumo lygio nereikia. „Tolimajame kosmose tikimės pasiekti šimtų metrų tikslumą“, – sakė Mitchellas.
Tolimesni žingsniai
Ruošdamasi vėliau šiais metais vyksiančiam kitam eksperimentui, komanda atnaujina ir derina programinę įrangą. Galutinis tikslas, kurio įgyvendinimas gali trukti ne vienus metus, – sukurti jutiklius ir kitą įrangą, kad pulsarų navigacija būtų parengta būsimoms misijoms. Tobulindama technologiją, komanda sieks sumažinti instrumento matmenis, svorį ir energijos sąnaudas, bei padidinti jautrumą. SEXTANT komanda taip pat svarsto šios navigacijos panaudojimo galimybes ir pilotuojamoms misijoms.
Jeigu tarpplanetinė misija, tarkime, į Jupiterio ar Saturno palydovus turėtų tokius navigacijos įrenginius, savo buvimo vietą galėtų nustatyti autonomiškai, ir ilgai nesusisiekdama su Žeme.
Mitchellas sakė, kad tokioms tolimoms misijoms GPS netinka, nes jos signalas sparčiai silpsta, tolstant nuo GPS palydovų tinklo.
