一项NASA实验从其位于国际空间站上的位置表明，未来的任务可能如何在深空中导航。航天器可以利用来自遥远死亡恒星的类似时钟的信号，以类似于天体全球定位系统（GPS）的方式三角定位其位置。
去年11月，中子星内部成分探测器（NICER）花了一天半的时间观察了一些脉冲星——快速旋转的恒星残骸，它们在旋转时会发出强大的辐射束。通过测量脉冲到达时间的微小变化，NICER能够将其位置精确定位在5公里以内。
这是在太空中首次演示长期以来寻求的脉冲星导航技术。有一天，这种方法可以帮助航天器在没有地球定期指令的情况下自行导航。
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“我们认为这是一件大事，”NASA戈达德太空飞行中心（位于马里兰州格林贝尔特）的天体物理学家兼任务首席研究员基思·根德雷奥说。“这是将我们的一些天体物理学应用于包括进入外太阳系及更远区域的探索目标的好方法。”
根德雷奥于1月11日在马里兰州国家港口举行的美国天文学会会议上报告了这些发现。
英国莱斯特大学太空研究中心的经理约翰·派伊说，NICER的工作是对真实飞行条件下脉冲星导航的有用测试，他曾研究过这个想法。
恒星信标
脉冲星是爆炸恒星旋转的、超高密度的残余物。有些脉冲星每千分之几秒就会发出辐射爆发。几十年来，航空航天工程师一直梦想着使用这些持续重复的信号进行导航，就像他们使用卫星上原子钟的规则滴答声进行GPS导航一样。
在1999-2000年，美国海军研究实验室进行了一项卫星实验，表明从理论上讲，航天器可以使用脉冲星来确定自身方向。欧洲航天局近年来也探索了这个概念，研究人员计算出，即使航天器飞行距离地球比地球距离太阳远30倍，它也可以使用脉冲星将自身定位在误差2公里以内。
2016年11月，中国发射了一颗名为XPNAV-1的实验性脉冲星导航卫星。它研究了位于金牛座，距离2000秒差距（6500光年）的蟹状星云脉冲星，作为早期测试，以验证它是否可以锁定X射线信号。
NICER于2017年6月安装在空间站上。它的主要工作是测量脉冲星的大小，以更好地了解构成它们的超高密度物质。脉冲星导航实验，被称为空间站X射线定时和导航技术探索器（SEXTANT），是一个额外的好处。
SEXTANT定时了来自五个脉冲星的X射线闪光，其中一个是已知最接近和最亮的毫秒脉冲星。该任务观察了每个信标约5-15分钟，然后自主旋转以观察下一个。通过测量实验绕地球运行时信号到达时间的微小变化，NICER可以独立计算其在太空中的自身位置。
自由漫游
如果没有脉冲星导航，航天器必须定期与地球通信以确认其位置。但是，这种通信——通过NASA的深空网络等系统（一组巨大的卫星天线）——既耗时又昂贵，而且探测器离地球越远就越困难。根德雷奥说，脉冲星导航可能非常适用于外太阳系中的航天器，因为它可以让探测器自由地完成许多与导航相关的任务，而无需等待指令。
NICER团队的天体物理学家扎文·阿兹鲁马尼安说，这项技术还可以对航天器的传统导航系统的运行状况提供独立的检查。NASA资助了这项测试，以查看当其计划中的“猎户座”载人舱在2020年代的某个时候将宇航员送入近地轨道以外的区域时，脉冲星是否可以用作备用导航方法。
根德雷奥说，NICER在其研究中使用了52个小型X射线望远镜，但单个这样的望远镜可能就足以胜任这项工作。该仪器可能只有5公斤重，使其相对便宜地添加到太空任务中，因为质量越大意味着发射所需的资金越多。
该团队计划在未来几个月内重复这项实验，希望将误差范围缩小到一公里或更小。
根德雷奥指出，NASA“旅行者”号宇宙飞船上著名的“金色唱片”携带了一张地图，该地图精确地标出了太阳系相对于14颗脉冲星的位置。如果外星文明找到这张唱片，他们就可以用它来定位地球。“小时候，我听卡尔·萨根谈论过金色唱片，”根德雷奥说。“现在我们实际上正在做这件事。”
本文经许可转载，并于2017年1月11日首次发表。