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科技日历 | 3年前首颗脉冲星试验卫星发射,为我国摘下又一项“世界第一”
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2016 年 11 月 10 日上午 7 点 42 分,我国在酒泉卫星发射中心用长征十一号运载火箭,成功发射了脉冲星试验卫星(XPNAV-1)。该星属于太阳同步轨道卫星,卫星入轨并完成在轨测试后,将开展在轨技术试验。

这颗卫星是世界上首颗单独用于脉冲星探测的科学试验卫星,主要用于验证脉冲星探测器性能指标和空间环境适应性,积累脉冲星试验卫星在轨试验数据。它的总重量只有 200 多公斤,是卫星家族中非常独特的 " 小个子 "。

脉冲星试验卫星的工作原理,是通过捕捉脉冲星发出的 X 射线,来找到这种奇特的天体。这颗卫星搭载两种不同类型的探测器,上天实测其性能,试验目标是利用探测器研究宇宙的背景噪声。同时,探测蟹状星云脉冲星,解决中国研制的探测器 " 看得见 " 脉冲星的问题。最后,它还将探测 3 颗低流量脉冲星。

研究人员还给卫星装上了一个 " 智能大脑 ",教会它自主进行观测等一系列动作。地面人员只需告诉卫星 " 一句话 ",卫星就可以自主分解所需要的动作,完全自主按照计划逐一完成全部观测动作。而提前安排好任务的话,意味着它可以完成一系列的分解动作,太神奇了!

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。当时,还是一名 24 岁女研究生的乔丝琳 · 贝尔(Jocelyn Bell Burnell),发现狐狸星座有一颗星会发出一种周期性的电波,起初还以为是外星人发来的信号。经过仔细分析,科学家认为这是一种未知的天体。因为这种星体不断地发出电磁脉冲信号,就把它命名为脉冲星(Pulsar)。这一发现被誉为 20 世纪天文学的四大发现之一,并摘下诺贝尔奖。

脉冲星是死亡恒星的一种,属于高速自转的中子星,它的典型半径仅有 10 公里,其质量却在 1.44 倍至 3.2 倍太阳质量之间,是除黑洞外密度最大的天体。值得一提的是,脉冲星具有极其稳定的周期,其稳定度比目前最稳定的氢原子钟还要高 1 万倍以上,被誉为自然界最精准的 " 天文时钟 "。

由于其稳定、易于观察的特点,宇航学家们就建立了以脉冲星为基础的导航技术,脉冲星将成为未来人类探索宇宙的 " 灯塔 ",它们特征明显、易于辨别,在宇宙中的定位位置比较精准。截至目前,已发现和编目的脉冲星数量已达到 2000 多颗,其中约 160 多颗具有良好 X 射线周期辐射特性,可作为导航候选星。

通过建立精确的脉冲星导航数据库,首先为这种自然形成的宇宙 " 灯塔 " 绘制最基础的地图,以便进行后续导航技术的试验。

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。也就是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。

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