ĐIỀU HƯỚNG HỆ MẶT TRỜI BẰNG CáCH SỬ DỤNG PULSARS NHƯ GPS

Send

Hình ảnh hiện trường: Nó tương lai không xa và nhân loại đã bắt đầu xây dựng các thuộc địa và môi trường sống trên khắp hệ mặt trời của chúng ta. Chúng tôi đang chuẩn bị thực hiện bước tiến lớn tiếp theo vào một ẩn số - thực sự để lại sự bảo vệ ấm cúng của vòng xoắn ốc Sun Sun và mạo hiểm vào không gian giữa các vì sao. Tuy nhiên, trước khi tương lai này có thể xảy ra, tuy nhiên, có một điều quan trọng thường bị bỏ qua trong các cuộc thảo luận về chủ đề này.

Dẫn đường.

Giống như các thủy thủ đã từng sử dụng các ngôi sao để điều hướng biển, du khách không gian có thể sử dụng các ngôi sao để điều hướng hệ mặt trời. Ngoại trừ lần này, những ngôi sao mà chúng ta sử dụng sẽ là những ngôi sao chết. Một lớp sao neutron cụ thể được gọi là pulsar, được xác định bởi các xung bức xạ lặp đi lặp lại mà chúng phát ra. Thủ thuật, theo một bài báo gần đây, có thể là sử dụng các pulsar như một dạng liên hành tinh - và thậm chí có thể là giữa các vì sao - GPS.

Các lý thuyết và ý tưởng về động cơ tàu vũ trụ rất phong phú. Các nền tảng như Icarus Interstellar rất ủng hộ việc phát triển các hệ thống đẩy mới, với một số hệ thống như máy đẩy VASIMR có vẻ khá hứa hẹn. Trong khi đó, tên lửa nhiệt hạch dự kiến sẽ có thể đưa hành khách đi một vòng từ Trái đất đến Sao Hỏa chỉ trong 30 ngày, và các nhà nghiên cứu ở nơi khác đang làm việc trên các ổ đĩa dọc ngoài đời thực, không giống như những gì chúng ta đều biết và yêu thích từ các bộ phim.

GPS liên hành tinh

Nhưng điều hướng cũng quan trọng như vậy. Rốt cuộc, không gian là vô cùng rộng lớn và hầu như trống rỗng. Viễn cảnh bị lạc trong sự trống rỗng là, thẳng thắn, đáng sợ.

Đến nay, điều này thực sự là một vấn đề, đặc biệt là khi chúng tôi chỉ gửi một số ít thủ công qua sao Hỏa. Do đó, chúng tôi hiện đang sử dụng một mớ hỗn độn các kỹ thuật để theo dõi tàu vũ trụ từ đây trên Trái đất - về cơ bản là theo dõi chúng bằng kính viễn vọng trong khi phụ thuộc rất nhiều vào quỹ đạo dự định của chúng. Điều này cũng chỉ chính xác như các công cụ của chúng ta ở đây trên Trái đất, có nghĩa là khi một nghề thủ công ngày càng xa, ý tưởng của chúng ta về nơi chính xác nó ngày càng trở nên kém chính xác hơn.

Điều này rất tốt và tốt khi chúng ta chỉ có một vài nghề để theo dõi, nhưng khi du hành không gian trở nên dễ dàng hơn và hành khách của con người có liên quan, việc định tuyến mọi thứ qua Trái đất sẽ bắt đầu trở nên khó khăn hơn. Đây là trường hợp đặc biệt nếu chúng tôi lên kế hoạch rời khỏi giới hạn của ngôi sao của chúng tôi - Voyager 2 hiện tại cách đó hơn 14 giờ ánh sáng, có nghĩa là việc truyền trên Trái đất mất hơn nửa ngày để đến được nó.

Điều hướng Trái đất bằng công nghệ hiện đại khá đơn giản nhờ vào các vệ tinh GPS chúng ta có trên quỹ đạo trên khắp thế giới của chúng ta. Những vệ tinh này liên tục truyền tín hiệu, lần lượt, được nhận bởi đơn vị GPS bạn có thể có trên bảng điều khiển xe hơi hoặc trong túi của bạn. Giống như tất cả các truyền điện từ khác, các tín hiệu đó truyền đi với tốc độ ánh sáng, gây ra một chút chậm trễ giữa khi chúng được truyền và khi chúng nhận được. Bằng cách sử dụng tín hiệu từ 4 vệ tinh trở lên và xác định thời gian trễ, một đơn vị GPS có thể xác định vị trí của bạn trên bề mặt Trái đất với độ chính xác đáng kể.

Hệ thống điều hướng xung được đề xuất bởi Werner Becker, Mike Bernhardt và Axel Jessner tại Viện Max Planck, hoạt động theo cách rất giống nhau, sử dụng các xung phát ra từ các xung. Bằng cách biết vị trí và vận tốc ban đầu của tàu vũ trụ của bạn, ghi lại các xung đó và coi Mặt trời là điểm tham chiếu cố định, bạn có thể tính toán vị trí chính xác của mình bên trong hệ mặt trời.

Xem xét Mặt trời được khắc phục theo cách này về mặt kỹ thuật được gọi là khung tham chiếu quán tính và nếu bạn bù cho chuyển động của Mặt trời qua thiên hà của chúng ta, hệ thống vẫn hoạt động hoàn hảo khi rời khỏi Hệ mặt trời! Tất cả những gì bạn cần là theo dõi tối thiểu 3 pulsar (lý tưởng là 10, để có kết quả chính xác nhất) và bạn có thể xác định chính xác vị trí của mình với độ chính xác đáng ngạc nhiên!

Thật thú vị, ý tưởng sử dụng các pulsar làm đèn hiệu điều hướng bắt đầu từ năm 1974, đáng chú ý là không lâu sau khi Carl Sagan đã sử dụng các pulsar để hiển thị vị trí Earth Earth trên các mảng bám trên tàu thăm dò không gian Pioneer 10 và 11. Nếu Project Daedalus đã từng được xây dựng, nó có thể đã được trang bị một hệ thống không giống như mô tả ở đây.

Đóng gói cho đường dài

Becker và các đồng nghiệp của ông đã xem xét các loại pulsar khác nhau có thể nhìn thấy trên bầu trời và chọn ra một loại được gọi là pulsar chạy bằng năng lượng xoay là loại tốt nhất để sử dụng cho hệ thống định vị thiên hà. Đặc biệt, một loại phụ của những cái này được gọi là puli giây là lý tưởng. Lớn tuổi hơn hầu hết các pulsar, chúng có từ trường yếu, có nghĩa là chúng mất nhiều thời gian để làm chậm tốc độ quay của chúng - hữu ích vì các pulsar từ hóa mạnh đôi khi có thể thay đổi tốc độ quay mà không cần cảnh báo.

Với vô số pulsar để lựa chọn, câu hỏi chuyển sang cách bạn có thể trang bị tàu vũ trụ của mình để theo dõi chúng. Pulsar dễ dàng phát hiện nhất trong các tia X hoặc sóng vô tuyến, do đó, có một sự lựa chọn nhỏ để sử dụng có thể tốt hơn. Về cơ bản, tất cả hóa ra là một câu hỏi về việc tàu vũ trụ của bạn lớn đến mức nào.

Các phương tiện nhỏ hơn, gần giống với tàu vũ trụ hiện đại, tốt nhất nên sử dụng tia X để theo dõi các xung. Gương tia X, giống như gương được sử dụng trong một số kính thiên văn không gian quay quanh là nhỏ gọn và nhẹ, có nghĩa là một số ít có thể được thêm vào cho một hệ thống định vị mà không làm tăng khối lượng tổng thể của tàu. Chúng có thể có nhược điểm nhỏ là chúng có thể dễ dàng bị hư hại bởi nguồn tia X quá sáng, đây sẽ là một vấn đề ngoại trừ trong một số trường hợp không may.

Mặt khác, nếu bạn điều khiển một con tàu không gian lớn giữa các hành tinh hoặc thậm chí là các ngôi sao, bạn có thể sẽ tốt hơn khi sử dụng sóng radio. Trong các tần số vô tuyến, chúng ta biết nhiều hơn về cách thức hoạt động của các pulsar, cũng như có thể đo chúng với độ chính xác cao hơn. Hạn chế duy nhất là các kính thiên văn vô tuyến mà bạn cần lắp đặt trên tàu sẽ cần diện tích ít nhất 150 mét vuông. Nhưng sau đó, nếu bạn tình cờ lái một con tàu không gian, loại kích thước đó có lẽ sẽ tạo ra nhiều khác biệt.

Thật thú vị khi nhớ đến cách các nhà thiên văn học thường sử dụng sự tương tự của các pulsar giống như các ngọn hải đăng, khi giải thích lý do tại sao chúng xuất hiện xung. Nếu một ngày nào đó chúng ta thấy mình sử dụng chúng làm công cụ hỗ trợ điều hướng thực tế, thì sự tương tự đó có thể mang một ý nghĩa hoàn toàn mới!