脉冲星导航——未来GPS发展导向 以射电波束为你领航

据国外媒体报道，随着航天与宇航技术的发展，人类在未来数个世纪内将在太阳系内建造殖民地，各类栖息地将会出现在其他行星或者轨道上，进入宇宙空间意味着我们离开了地球的磁场保护，面对各种未知的冒险，医学、动力以及宗教等领域都将出现较大的突破和变化，在此之前，我们还需要解决一个问题，其关系到我们如何在宇宙空间中定位，这就是导航技术。

　　太阳系内的行星际航行将使用脉冲星导航技术，毫秒级脉冲星将是潜在的目标星天体

　　伊卡洛斯计划为我们规划了多种星际导航和动力蓝图

　　正如古代航海的水手，在大海上可以通过恒星或者行星进行导航，判断航行的方向，天狼星、启明星、北斗七星都是天空中比较著名的“方向星”，那么未来行星际乃至恒星际航行需要用何种天体进行导航呢?显然我们需要选择一种遥远且具有别样特征的天体，科学家认为脉冲星将是未来导航的主要途径。脉冲星是中子星的一种，也是曾经被认为是智慧生物信号的天体，可发出规律的周期性信号，脉冲星发出的射电波束如同一座精确的宇宙灯塔，其半径仅为数十公里左右，依靠电子简并压力与引力维持平衡，质量和密度都让人叹为观止。

　　科学家已经提出了基于脉冲星导航的理论，通过观测脉冲星的位置来推算飞船的空间坐标，也是一种三角测量法在大尺度天体定位上的应用，有研究得出：使用脉冲星导航可以吧定位误差缩小在五公里之内，这对于浩淼的宇宙而言是多么地精确，也可以满足太阳系内的行星际航行初步定位的要求。可以预见，未来“星际GPS”的一种定位方式将是脉冲星导航。

　　伊卡洛斯星际航行计划主张研发前卫的飞船推进系统，比如一种被称为可变比冲磁等离子体的火箭可极大程度减少空间飞行的时间，能够在30天内完成地球到火星的往返之旅，包括中途的加速和减速段，核热火箭技术也将使得太阳系内的空间飞行变得更容易实现。当然，像曲速引擎这类只在科幻片中出现的动力应该在未来一段时间内并不会作为我们的宇航动力。有了强大的动力系统，时间似乎变得更容易“操纵”，几个月之内我们就能航行至太阳系的其他地方，因此导航对我们而言显然迫在眉睫。

　　到目前为止，我们对(火星)飞船的定位依然采用传统的(望远镜)跟踪技术，并严重依赖规划好的飞行路线，这使得远离地球的空间飞行变得有些困难，比如旅行者2号探测器目前距离我们大约14光时，这意味着信号传输到地球上就要花掉大半天的时间，因此，定位也需要稳定且及时的信号传输。日常使用的GPS系统就存在轻微的延迟，我们需要搜索更多的导航星来进行精确的定位，普朗克研究所科学家维尔纳·贝克尔和麦克·哈特提出了构建脉冲星导航的思路，通过得知飞船的初始位置的速度，观测脉冲星的相对位置，并把太阳作为一个固定的参考点，这样就可以确切得出飞船在太阳系内的位置。

　　搜索脉冲星时，需要至少3颗脉冲星，当然最好是10颗脉冲星，其导航星的数量与GPS系统相似，确认的脉冲星越多，就可以更加精确定位。有趣的是，早在1974年，卡尔·萨根就试图通过通过脉冲星的位置来标记地球的位置，这些信息计划被带到先驱者10号和11个空间探测器上，如果代达罗斯计划被实施，那无疑将配备脉冲星导航技术。

　　贝克尔和他的同事们正在寻找可以用于银河系定位的脉冲星，他们发现毫秒级脉冲星是个理想的天体，有着微弱的磁场，自转速度等参数适合作为星际导航的目标星。无论是X射线还是射电波，脉冲星都是易被发现的天体，当然通过X射线对脉冲星进行搜索需要面对一些意外，宇宙中过于明亮的X射线源可能损坏导航设备。因此，在恒星际空间中飞行，脉冲星导航最好利用射电波途径，我们目前已经知道了脉冲星的工作方式，获得较高观测精确度应该不是问题，但是该方法存在缺点，我们需要在飞船上安装直径达150米以上的天线。