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中国慧眼卫星成功进行X射线脉冲星导航在轨实验

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  中新网北京8月22日电 (记者 孙自法)记者22日从中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)获悉,该所科学家通过慧眼卫星上的X射线望远镜开展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,为未来在深空探测和星际旅行的实际应用奠定了基础。

  中国科学家完成这一重要科研成果的相关论文,已在最新一期美国《天体物理杂志》(增刊)上发表。

  2017年6月,中国首颗X射线天文卫星“慧眼”成功发射,运行于高度550千米、倾角43度的近地圆轨道上。慧眼卫星携带有高能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,在轨运行两年多来,已得到关于黑洞、中子星、伽马射线暴乃至引力波暴等的海量观测数据,科学结果正不断产生。同时,中科院高能所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。

  慧眼卫星脉冲星导航实验工作负责人、中科院高能所郑世界副研究员介绍说,距离地球十分遥远的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”或星际旅行中“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。郑世界指出,慧眼卫星的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。而此前,中国在脉冲星导航方面已进行大量理论和实验研究,包括利用天宫二号上的“天极望远镜”——伽玛射线暴偏振探测器成功完成脉冲星导航的国内首次空间实验、发射脉冲星试验星XPNAV-01开始开展脉冲星探测及相关研究。

  慧眼卫星首席科学家、中科院高能所张双南研究员表示,慧眼卫星开展的脉冲星导航实验,是对著名的蟹状星云脉冲星进行了持续约5天的观测,其自主定位算法是研究团队提出的一种新的X射线脉冲星导航算法——“脉冲轮廓显著性与卫星轨道的关联分析”,该算法的可行性已在“天极望远镜”实验上得到初步验证。这次脉冲星导航实验,研究团队又进一步改进该导航算法,并分别应用到慧眼卫星3种望远镜的观测数据,结果显示均可实现慧眼卫星的自主定位。

  据了解,为进一步检验该导航算法的可行性与可靠性,中科院高能所慧眼卫星研究团队还进行充分的理论分析,并选取多种类型的脉冲星进行模拟验证,结果显示该方法对其他导航脉冲星同样适用,从而为该导航算法在未来深空探测领域的实际应用奠定了基础。

  慧眼卫星设计寿命4年,目前,卫星平台及各有效载荷在轨运行正常、技术状态稳定。(完)

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