泰伯网讯 10月8日恰逢中国航天事业创建60周年。记者从中国空间技术研究院获悉，中国将于11月择机发射首颗脉冲星导航试验卫星(XPNAV-1)，实测脉冲星发射的X射线信号，尝试验证脉冲星导航技术体制的可行性。
GPS导航家喻户晓，北斗导航也日益完善，但大多数人可能没听过脉冲星导航。
据中国空间技术研究院脉冲星导航卫星科学任务系统总设计师帅平研究员介绍，恒星的一生也像人一样，经历从孕育诞生，到成长成熟，以及最终衰老死亡的整个过程。大体上说来，恒星死亡后的遗骸可以分为三类：白矮星、中子星和黑洞。
“脉冲星就是高速自转的中子星，具有极其稳定的周期性，其稳定度比目前最稳定的氢原子钟还要高1万倍以上，被誉为自然界中最稳定的天文时钟，使之成为人类在宇宙中航行的灯塔。”帅平说。
可是，导航和时间精准不精准有什么关系呢?
事实上，无论是最早出现的地文导航，还是大航海时代的天文导航，还是现代的无线电导航，都需要时间。
例如，所处位置的经度测量就得依赖于时间测量。众所周知，地球每24小时自转一周，也就是360度，每小时就相当于经度15度。所以，只要知道两地的时间差，就可以知道两者之间的经度差了。如果某地的正午12点正好是伦敦的上午10点，那么就说明此地在伦敦东边30度的地方。所以，导航的核心就是要解决时间测量问题。
帅平介绍说，在无线电导航中，时间测量是基本观测量，根据信号传播时间来计算两者之间的距离。卫星导航系统是一种天基的无线电导航系统，采用单向达到时间测量距离。脉冲星导航与卫星导航定位原理极为相似，其观测距离是利用脉冲星发射的同一个X射线脉冲信号到达太阳系质心和航天器的时间差来测定的。当前，卫星导航定位精度为10米，脉冲星导航的最终精度也能够达到10米水平。
这一次，中国不再跟随美欧的脚步，而要成为“第一个吃螃蟹的人”。“11月将择机发射的世界上首颗脉冲星导航试验卫星将搭载两种类型的探测器载荷：一个是准直型微通道板探测器，探测面积为2400平方厘米;另一个是聚焦型探测器，聚焦镜头口径为17厘米。”帅平说。
“尽管上世纪七十年代就提出关于脉冲星导航的概念，但是基于现代卫星导航系统到达时间测距思想而提出的X射线脉冲星导航技术问题，也仅是近10年来的事。目前，X射线脉冲星导航技术研究处于关键技术研究与地面验证阶段，即将开展空间飞行试验，实测验证其可行性。”帅平说。
图为脉冲星磁极信号辐射。中国空间技术研究院供图
据他介绍，这颗卫星有三个试验目标：
第一，上天实测两种不同类型的探测器性能，同时利用探测器研究宇宙的背景噪声。背景噪声就像沙子，而脉冲星信号是他们要寻找的金子。要从沙子里淘出金子来，了解背景噪声是一项基础性工作。
第二，探测蟹状星云脉冲星(Crab)，解决中国研制的探测器“看得见”脉冲星的问题。早在1054年，宋朝的天文学家就首次观测并记录了蟹状星云脉冲星的超新星爆发，探寻祖先发现的这颗脉冲星，也将成为中国X射线脉冲星探测的历史性跨越。同时，还计划探测另外7颗脉冲星，包括4颗脉冲星双星系统和3颗低流量的脉冲星，并开展相关拓展试验。
第三，探测3颗低流量脉冲星。蟹状星云脉冲星的流量是每秒钟每平方厘米1.54个光子，但是低流量脉冲星每秒钟每平方厘米只有0.001个光子，探测难度更大，但是更有希望用于导航。这是因为低流量脉冲星大量存在，同时不会像蟹状星云脉冲星那样因为周期跃变而导致稳定度下降。如果能探测到3颗低流量脉冲星，那么就可以实测验证脉冲星导航技术的可行性。
“接下来，我们打算通过5到10年的努力，探测26颗脉冲星，把它们的数据测得非常精准，建立脉冲星导航数据库。”帅平说，这26颗脉冲星分布在整个天球当中，距离地球都十分遥远，从几千到几万光年不等。
因为各项工作几乎无先例可循，帅平带领的研究团队历时10年的攻关研究，突破了探测器、数据库、时间同步和大尺度导航等关键技术。(整理|泰伯网 珊珊)
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