慧眼衞星成功進行脈衝星導航實驗 星際旅行或將不再迷航

據央視新聞客户端8月22日報道，中國科學院高能物理研究所研究團隊利用慧眼衞星開展了X射線脈衝星導航實驗，定位精度達到10公里之內（3倍標準偏差），進一步驗證了航天器利用脈衝星自主導航的可行性，為未來在深空的實際應用奠定了基礎。這一成果於2019年8月21日在美國《天體物理雜誌》（增刊）正式刊出。

2017年6月，我國第一顆X射線天文衞星“慧眼”在酒泉衞星發射中心成功發射，運行於高度550 千米、傾角43°的近地圓軌道上。慧眼衞星攜帶了高能X射線望遠鏡、中能X射線望遠鏡和低能X射線望遠鏡三種科學載荷和空間環境監測器，在軌運行兩年多，已經得到了關於黑洞、中子星、伽馬射線暴乃至引力波暴等的海量觀測數據，科學結果正在源源不斷地產生之中。與此同時，中國科學院高能物理研究所的慧眼衞星研究團隊還利用該衞星成功開展了X射線脈衝星導航實驗，進一步驗證了脈衝星導航的可行性。

人類探索宇宙的腳步不斷加快，範圍越來越廣。1977年發射的“旅行者1號”、“ 旅行者2號”正在飛向太陽系之外的茫茫宇宙深處。今天，越來越多的空間探測器從地球飛向太陽、行星、矮行星、小行星、彗星等太陽系內天體。由於這些航天器遠離地球， GPS、北斗衞星導航系統等都已經難以為它們提供可靠的導航服務。為此，美國、俄羅斯等國利用地面大型射電天線建立“深空測控網”，為遙遠的飛行器提供導航服務，但其提供的導航精度會隨着與地球距離的增加而變差，因此不依賴地面設備的航天器“自主導航”技術受到越來越多的關注。

據介紹，X射線脈衝星導航是一種新型的自主導航方法，它利用宇宙中遙遠的天體——脈衝星發出的精確的週期性脈衝信號為太空中的航天器提供導航和授時服務。脈衝星是一類高速轉動的中子星，是大質量恆星在壽命的晚期發生“超新星爆發”後留下的緻密天體，其脈衝信號的長期時間穩定度很高，堪比甚至優於地球上的原子鐘，可作為宇宙中的時間基準，因此脈衝星也被稱作“宇宙燈塔”或星際旅行中“天然的GPS衞星”。如同地面使用衞星信號進行導航一樣，航天器通過觀測脈衝星，也可以實現自主導航，即脈衝星導航。

近年來，X射線脈衝星導航得到越來越多的關注。2004年，歐空局發佈了“基於脈衝星時間信息的航天器導航可行性研究”技術報告。2018年，美國NASA發佈宣佈成功進行了首次實時的在軌脈衝星自主導航試驗1，在觀測脈衝星7.5小時後，自主導航的精度達到5千米。我國在脈衝星導航方面也進行了大量理論和實驗研究。2016年9月，中國天宮二號空間試驗室發射升空，利用天宮二號上的“天極望遠鏡”——伽瑪射線暴偏振探測器，我國科學家成功完成了脈衝星導航的國內首次空間實驗。

利用慧眼衞星開展了X射線脈衝星導航實驗的同時，為了進一步檢驗該導航算法的可行性與可靠性，研究團隊還進行了充分的理論分析，並選取多種類型的脈衝星進行了模擬驗證，結果顯示該方法對其它導航脈衝星同樣適用，為該算法的實際應用奠定了基礎。美國《天體物理雜誌》審稿人認為 ，“慧眼衞星開展的在軌演示驗證是對脈衝星導航發展的重要貢獻”。（央視記者 帥俊全 ）