Kuvittele kohtaus: Se ei ole liian kaukainen tulevaisuus, ja ihmiskunta on alkanut rakentaa siirtomaita ja elinympäristöjä kaikkialle aurinkokuntaamme. Valmistaudumme ottamaan seuraavan suuren askeleen tuntemattomaan – jättäen itse asiassa Auringon kodikkaan suojan heliosfääri ja uskaltautua tähtienväliseen avaruuteen. Ennen kuin tämä tulevaisuus voi tapahtua, on kuitenkin tärkeä asia, joka usein unohdetaan tätä aihetta koskevissa keskusteluissa.
Navigointi.
Aivan kuten merimiehet käyttivät kerran tähtiä merellä navigoimiseen, avaruusmatkailijat saattavat pystyä käyttämään tähtiä aurinkokunnassa. Paitsi että tällä kertaa käyttämämme tähdet ovat kuolleita. Tietty luokka neutronitähdet tunnetaan pulsarit , joka määritellään niiden lähettämien toistuvien säteilypulssien perusteella. Tuoreen paperin mukaan temppu voi olla pulsareiden käyttäminen planeettojen välisenä - ja mahdollisesti jopa tähtienvälisenä - GPS:nä.
Teorioita ja ideoita avaruusalusten moottoreista on runsaasti. Säätiöt, kuten Icarus Interstellar kannattavat innokkaasti uusien propulsiojärjestelmien kehittämistä joidenkin järjestelmien, kuten esim VASIMR potkurit näyttävät melko lupaavilta. Samaan aikaan fuusiorakettien odotetaan pystyvän kuljettamaan matkustajia a edestakainen matka Maasta Marsiin vain 30 päivässä , ja tutkijat muualla ovat työskentelee tosielämän loimilevyjen parissa , toisin kuin ne, jotka me kaikki tunnemme ja rakastamme elokuvista.
Planeettojenvälinen GPS
Aurinkokuntamme reunalla sijaitsevassa Voyager 2:ssa perinteiset navigointimenetelmät eivät toimi kovin hyvin. Kiitos: NASA
Mutta navigointi on yhtä tärkeää. Avaruus on loppujen lopuksi mieleen sulavan laajaa ja enimmäkseen tyhjää. Mahdollisuus eksyä tyhjyyteen on suoraan sanottuna pelottava.
Tähän mennessä tämä ei ole ollut ongelma, varsinkin kun olemme lähettäneet vain pienen kourallisen veneitä Marsin ohi. Tämän seurauksena käytämme tällä hetkellä sotkuista tekniikoiden sekamelskaa seurataksemme avaruusaluksia täältä maapallolta – lähinnä seuraamme niitä kaukoputkella luottaen vahvasti niiden suunniteltuun lentorataan. Tämä on myös vain niin tarkka kuin laitteemme täällä maan päällä ovat, mikä tarkoittaa, että kun alus tulee kauemmaksi, käsityksemme siitä, missä se tarkalleen on, muuttuu yhä epätarkemmaksi.
Tämä on hyvä, kun meillä on vain muutama alukset jäljitettävänä, mutta kun avaruusmatkailusta tulee helpommin saavutettavissa ja ihmismatkustajat ovat mukana, kaiken reitittäminen Maan läpi alkaa vaikeutua. Tämä pätee erityisesti, jos aiomme jättää kotitähtemme rajat - Matkustaminen 2 on tällä hetkellä yli 14 valotunnin päässä, mikä tarkoittaa, että maanläheisillä lähetyksillä kestää yli puoli päivää sen saavuttamiseen.
Maan navigointi nykytekniikan avulla on melko yksinkertaista, koska meillä on useita GPS-satelliitteja, jotka kiertävät maailmaamme. Nämä satelliitit välittävät jatkuvasti signaaleja, jotka puolestaan vastaavat GPS-yksikkö, joka voi olla auton kojelaudassa tai taskussasi. Kuten kaikki muutkin sähkömagneettiset lähetykset, nämä signaalit kulkevat valon nopeudella, mikä antaa pienen viiveen niiden lähetyksen ja vastaanottamisen välillä. Käyttämällä vähintään neljän satelliitin signaaleja ja ajoittamalla nämä viiveet, GPS-yksikkö voi määrittää sijaintisi Maan pinnalla huomattavalla tarkkuudella.
Icarus Pathfinder -tähtialus kulkee Neptunuksen ohi. Luotto: Adrian Mann
Werner Beckerin, Mike Bernhardtin ja Axel Jessnerin ehdottama pulsar-navigointijärjestelmä Max Planck -instituutti , toimii hyvin samalla tavalla käyttämällä pulsarien lähettämiä pulsseja. Kun tiedät avaruusalustesi alkuperäisen sijainnin ja nopeuden, tallennat ne pulssit ja käsittelet aurinkoa kiinteänä vertailupisteenä, voit laskea tarkan sijaintisi aurinkokunnan sisällä.
Koska Aurinko on tällä tavalla kiinnitetty, sitä kutsutaan teknisesti inertiavertailukehykseksi, ja jos kompensoi Auringon liikettä galaksimme läpi, järjestelmä toimii silti täydellisesti aurinkokunnasta poistuttaessa! Sinun tarvitsee vain seurata vähintään kolmea pulsaria (mieluiten 10, jotta saat tarkimmat tulokset), ja voit määrittää sijaintisi yllättävän tarkasti!
Mielenkiintoista kyllä, ajatus pulsareiden käyttämisestä navigointimajakoina juontaa juurensa aina vuoteen 1974, varsinkin vähän sen jälkeen, kun Carl Sagan oli käyttänyt pulsareita näyttämään maan sijainnin. Pioneer 10- ja 11-avaruusluotaimiin kiinnitetyt plakit . Jos Projekti Daedalus oli koskaan rakennettu, se olisi saatettu varustaa järjestelmällä, joka ei ole erilainen kuin tässä kuvattu.
Pakkaus pitkälle matkalle
Becker ja hänen kollegansa tarkastelivat taivaalla näkyviä erityyppisiä pulsareita ja valitsivat tyypin, joka tunnetaan nimellä rotaatiokäyttöiset pulsarit, parhaaksi tyypiksi käytettäväksi galaktisessa paikannusjärjestelmässä. Erityisesti näiden millisekunnin pulsareina tunnettu alatyyppi on ihanteellinen. Koska ne ovat vanhempia kuin useimmat pulsarit, niillä on heikot magneettikentät, mikä tarkoittaa, että niiden pyörimisnopeuden hidastaminen kestää kauan – hyödyllistä, koska voimakkaasti magnetisoidut pulsarit voivat joskus muuttaa pyörimisnopeutta ilman varoitusta .
Röntgenkuva Vela-pulsarista, joka on yksi kirkkaimmista tunnetuista millisekunnin pulsareista. Kiitokset: NASA/CXC/PSU/G.Pavlov et al.
Valittavana on lukemattomia pulsareita, joten kysymys kääntyy siihen, kuinka voit varustaa avaruusaluksen seuraamaan niitä. Pulsarit on helpoin havaita joko röntgensäteillä tai radioaalloilla, joten valinnanvaraa on vähän sen suhteen, kumpaa voisi olla parempi käyttää. Pohjimmiltaan se kaikki osoittautuu kysymykseksi siitä, kuinka suuri avaruusaluksenne on.
Pienemmät ajoneuvot, jotka muistuttavat enemmän nykyaikaisia avaruusaluksia, olisivat parasta käyttää röntgensäteitä pulsareiden jäljittämiseen. Röntgenpeilit, kuten tietyissä kiertävissä avaruusteleskoopeissa käytetyt, ovat kompakteja ja kevyitä, mikä tarkoittaa, että niitä voitaisiin lisätä navigointijärjestelmään ilman, että aluksen kokonaismassa kasvaa niin paljon. Niillä voi olla se pieni haittapuoli, että liian kirkas röntgenlähde voi vahingoittaa niitä helposti. Tämä ei olisi ongelma paitsi joissakin valitettavissa olosuhteissa.
Toisaalta, jos ohjaat suurta avaruusalusta planeettojen tai jopa tähtien välillä, sinun on todennäköisesti parempi käyttää radioaaltoja. Radiotaajuuksilla tiedämme paljon enemmän pulsarien toimintatavoista sekä siitä, että pystymme mittaamaan niitä suuremmalla tarkkuudella. Ainoa haittapuoli on, että laivaan asennettavat radioteleskoopit vaativat vähintään 150 m²:n alueen. Mutta sitten, jos sattuisit lentämään tähtialuksella, sellaisella koolla ei todennäköisesti olisi suurta merkitystä.
On mielenkiintoista pitää mielessä tapa, jolla tähtitieteilijät käyttävät usein analogiaa pulsareista 'kuin majakka', kun he selittävät, miksi ne näyttävät sykkivän. Jos jonakin päivänä huomaamme käyttävämme niitä todellisina navigoinnin apuvälineinä, tämä analogia voi saada aivan uuden merkityksen!
Voit lukea joukkueen lehden täältä.
Icarus Starfinder, joka näkyy lähtevän aurinkokunnasta. Tämän kaltaiset alukset voidaan varustaa pulsar-navigointijärjestelmällä. Luotto: Adrian Mann
Kuvia käytetään täällä ystävällisellä luvalla Adrian Mann / Icarus Interstellar , jonka koko galleria on katsottavissa verkossa osoitteessa bisbos.com
