XPNAV-1 , также называемый Пульсар ( кит. трад. 脉冲星试验卫星 , пиньинь Màichōng xīng Shiyan Weixing ) — первый в мире навигационный спутник, осуществляющий навигацию на основе рентгеновского излучения пульсаров ( англ. X-ray pulsar-based navigation , сокр.XPNAV). Разработан и создан в Китае. С помощью оборудования спутника планируется регистрация сигналов от 26 рентгеновских пульсаров и создание на их основе навигационной базы. При использовании данных, накопленных спутником в течение 5—10 лет, впоследствии можно будет определять местоположение космического корабля в дальнем космосе без связи с Землёй . Спутник 5-го исследовательского института Китайской ассоциации по науке и технике весит более 200 килограммов и оснащён двумя детекторами. В рамках миссии будет проверено функционирование детекторов в условиях фонового шума Вселенной .

Запуск спутника

Запуск был произведён 10 ноября в 07:42 по пекинскому времени или 9 ноября в 23:42 UTC . Для выведения на орбиту использовалась лёгкая твердотопливная ракета-носитель « Чанчжэн-11 » (CZ-11 № Y2). Для запуска с космодрома Цзюцюань была использована стартовая площадка для твердотопливных ракет № 2 . Запуск производился из транспортно-пускового контейнера, смонтированного на самоходном колёсном шасси. Адаптация ракеты-носителя под запуск спутника XPNAV-1 заняла менее полугода. Это второй запуск ракеты-носителя «Чанчжэн-11» и первый, осуществлённый по заказу частной компании .

Основной целью запуска было выведение на орбиту спутника XPNAV-1. Попутно на орбиту выводились несколько космических аппаратов: -1 ( кит. упр. 潇湘一号 , пиньинь Xiāoxiāng-1 ), -1 ( кит. упр. 丽水一号 ), -2 ( кит. упр. 皮纳二号 , пиньинь Pínà-2 ), а также ( кит. упр. 梦想一号 ) и комплект научной аппаратуры , смонтированные на последней ступени ракеты-носителя. В новостных сообщениях агентства Синьхуа о дополнительной нагрузке ничего не сообщалось .

Длительность выведения на орбиту составила около десяти минут. Стратегическое командование США зафиксировало XPNAV-1 (и ещё три объекта) на солнечно-синхронной орбите с параметрами:

• Наклонение — 97,41°
• Апогей — 526,2 км
• Перигей — 503,2 км
• Период обращения — 94,74 мин

Спутник

Название

Официальное название спутника «Экспериментальный спутник по пульсарам» ( кит. упр. 脉冲星试验卫星 , пиньинь mài​chōng​xīng shì​yàn wèi​xīng , палл. майчунсин шиянь вэйсин ) ( англ. X-ray pulsar-based navigation , сокр.XPNAV) . Данное название было озвучено за несколько дней до запуска. До этого название включало термин «навигация», который был исключён под давлением научной общественности .

Цели

Основной целью проекта заявлена проверка возможности автономной навигации, основанной на новых принципах: ориентирование в Солнечной системе (и окрестностях) с использованием сигналов пульсаров с миллисекундным периодом . Традиционные способы основываются на анализе доплеровского смещения радиосигнала приходящего от космического аппарата и прогнозирования его положения и параметров движения на основе расчётов . Такой способ достаточно точен, но требует использования земных ресурсов и времени, увеличивающегося по мере удаления космического аппарата от Земли. Для навигации с помощью пульсаров предлагается использовать сигналы небесных тел, движение которых относительно Солнца достаточно изучено. Теоретически достаточно обработать сигналы от трёх известных пульсаров, а использование четвёртого сигнала позволит определять точное время. Точность определения местоположения в пространстве повышается с увеличением частоты регистрируемого сигнала. Именно это условие подталкивает исследователей к использованию сигналов рентгеновских пульсаров, имеющих миллисекундные периоды .

Первой попыткой использовать пульсары для навигации был эксперимент USA ( англ. Unconventional Stellar Aspect ), который проводился на космическом аппарате ARGOS ( англ. Advanced Research and Global оbservation Satellite ), запущенном в 1999 году. В этом эксперименте регистрируемое излучение позволяло определять точное время, угловую скорость вращения спутника и его местоположение (с малой точностью) по заходу источника излучения за горизонт .

В июне 2017 года NASA доставило на МКС комплект аппаратуры NICER, который должен был обеспечить проведение эксперимента SEXTANT. В рамках эксперимента планируется регистрация рентгеновского излучения пульсаров прибором XTI (привязка по времени обеспечивается GPS). Ожидается, что при 14 суточном эксперименте точность определения орбиты МКС составит 10 километров, а с привлечением методов компьютерного моделирования точность достигнет 5 километров .

В 2009 году «главный конструктор научной системы миссии» — научный руководитель и вдохновитель проекта XPNAV-1 — Шуай Пин совместно с сотрудниками «Лаборатории космической техники имени Цянь Сюэсэня» опубликовал книгу «Принципы и методы системы навигации по рентгеновским пульсарам», в которой обосновал принципы будущей миссии. Проект был предложен в 2014 году .

В 2015 году Шуай Пин отмечал, что при двухсуточном экспонировании детектора площадью 1 м² возможно определение характеристик движения аппарата с точностью до 60 м, а скорости до 0,004 м/с. Но уже 8 октября 2016 года, официально представляя проект, Шуай Пин отмечал, что точность измерений позволяет определять положение межпланетной станции с точностью до десяти метров .

Критика проекта

20 октября 2016 года Чжан Шуаннань (Институт физики высоких энергий Китайской академии наук ) отмечал, что навигация по пульсарам является теоретической концепцией, но не направлением практической деятельности. Также он подчёркивал, что реальная точность позиционирования составит от единиц до десятков километров, а сам спутник представляет собой шаг назад на фоне уже проведённых исследований. Одновременно Чжао Мин (Шанхайская обсерватория Китайской АН), усомнившись в достижимости десятиметровой точности позиционирования, отмечал, что для космической навигации требуется решить большое количество научных и технических проблем, а сами исследования нужно проводить вдали от гравитационного воздействия Земли .

Под действием критики из названия миссии было удалено слово «навигация», хотя в заявлении Государственного управления по оборонной науке, технике и промышленности (8 ноября 2016 года) было отмечено: возражения против космических проектов не удивляют и не требуют принятия мер, поскольку находятся в рамках нормальной научной дискуссии .

Конструкция

Разработчиком XPNAV-1 является Лаборатория космической техники имени Цянь Сюэсэня Китайской космической академии космической техники; научный руководитель проекта — Шуай Пин; административный руководитель и главный конструктор — Сюэ Лидзюнь. Изготовитель аппарата — Шэньчжэньская аэрокосмическая компания «Дунфанхун» .

Одной из особенностей разработки и производства аппарата является использование компонентной базы промышленного уровня и закупка готовых коммерческих блоков. Весь цикл изготовления занял всего 10 месяцев, что объясняется применением «короткого цикла» проектирования, производства и испытания спутника .

Конструкция аппарата представляет собой параллелепипед массой 243 кг. На спутнике установлены два рентгеновских детектора. Первый — HTPC ( англ. High time-resolution photon counter ) — детектор коллиматорного типа смонтированный на плате с активной площадью 2400 см². Коллиматор ограничивает поле зрения двумя градусами. Разрешение по времени 100 наносекунд, диапазон энергии от 1 до 10 кэВ. Второй — TSXS ( англ. Time-resolved soft X-ray spectrometer — имеет фокусирующую систему косого падения с рентгеновскими зеркалами диаметром 17 см . Данный детектор обеспечивает разрешение по времени 1,5 мкс и энергетическое разрешение 180 эВ @5,9 кэВ в диапазоне энергии от 0,5 до 10 кэВ .

Система питания спутника основана на одной солнечной батарее, состоящей из двух секций. Из-за недостаточной производительности солнечной батареи детекторы не могут работать одновременно. Жизненный цикл спутника рассчитан на один год .

Спутник ориентирован по трём осям. Система ориентации позволяет позиционировать приборы с точностью до двух угловых минут и удерживать их в такой ориентации до 90 минут .

19 октября 2016 спутник был доставлен самолётом на космодром. Для транспортировки спутника с завода на космодром был разработан специальный контейнер с системой кондиционирования воздуха и поддержания микроклимата. Конструкция контейнера изолирует спутник от внешних вибрационных, магнитных и других воздействий. Внутри поддерживается температура 20—25°С и постоянное давление .

Цели эксперимента

Эксперимент ставит перед собой несколько целей :

• Первая цель — подтверждение работы детекторов в условиях орбитального полёта.
• Вторая цель — регистрация сигнала от пульсара PSR B0531+21 , расположенного в Крабовидной туманности , а также четырёх двойных рентгеновских систем; определение динамики изменения сигнала в течение эксперимента.
• Третья цель — наблюдение трёх пульсаров, которые использовались в статье 2015 года: PSR B0531+21, , ; создание предварительной базы данных для проверки возможности навигации по пульсарам.

Ход эксперимента

Наблюдения начались 17 ноября 2016 года. К февралю 2017 года спутник смог зафиксировать три объекта: PSR B0531+21, и PSR B1509-58 . Например, на июнь 2017 года пульсар PSR B0531+21 (Крабовидная туманность) наблюдался детектором TSXS 162 раза. При этом средняя продолжительность наблюдения составила 39 минут. Всего было зарегистрировано 5824511 фотонов в диапазоне от 0,5 до 10 кэВ, со средней частотой 15,4 регистраций в секунду. Таким образом первая из поставленных целей (подтверждение работы детекторов в реальных условиях полёта) достигнута .

См. также

• NICER

Примечания

Комментарии

Источники

Литература

• Лисов И. Китай осваивает навигацию по пульсарам // Новости космонавтики : журнал. — ФГУП ЦНИИмаш , 2017. — Январь ( т. 27 , № 1 (408) ). — С. 33—37 .
• Xinyuan Zhang, Ping Shuai, Liangwei Huang, Shaolong Chen, Lihong Xu. (англ.) // International Journal of Aerospace Engineering : журнал. — 2017. — 7 July ( vol. 2017 ). — doi : . 28 августа 2017 года.

Ссылки

• (неопр.) . Новости космонавтики (10 ноября 2016). Дата обращения: 9 февраля 2017. 10 февраля 2017 года.
• (неопр.) . GBTIMES РОССИЯ (16 августа 2017). Дата обращения: 14 февраля 2017. 11 февраля 2017 года.
• (кит.) . Энциклопедия Байду . Дата обращения: 30 августа 2017.
• (кит.) . Энциклопедия Худун . Дата обращения: 30 августа 2017.