La navigation spatiale proposée utilise les rayons X des étoiles mortes


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  • Les restes d’une étoile à neutrons effondrée, appelée pulsar, sont chargés magnétiquement et tournent entre une rotation par seconde et des centaines de rotations par seconde. Ces corps célestes, chacun de 12 à 15 miles de diamètre, génèrent de la lumière dans la gamme de longueurs d’onde des rayons X. Des chercheurs du Grainger College of Engineering de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign ont développé une nouvelle façon dont les engins spatiaux peuvent utiliser les signaux de plusieurs pulsars pour naviguer dans l’espace lointain.

    « Nous pouvons utiliser des suiveurs d’étoiles pour déterminer la direction pointée par un vaisseau spatial, mais pour connaître l’emplacement précis du vaisseau spatial, nous nous appuyons sur des signaux radio envoyés entre le vaisseau spatial et la Terre, ce qui peut prendre beaucoup de temps et nécessite l’utilisation de surabonnés. infrastructure, comme le Deep Space Network de la NASA », a déclaré Zach Putnam, professeur au Département de génie aérospatial de l’Illinois.

    « L’utilisation de la navigation par rayons X élimine ces deux facteurs, mais jusqu’à présent, elle nécessitait une estimation initiale de la position du vaisseau spatial comme point de départ. Cette recherche présente un système qui trouve des candidats pour des emplacements possibles du vaisseau spatial sans information préalable, afin que le vaisseau spatial puisse naviguer de manière autonome. . »

    « De plus, nos systèmes de communication au sol pour les missions dans l’espace lointain sont actuellement surchargés », a-t-il déclaré. « Ce système donnerait de l’autonomie aux engins spatiaux et réduirait la dépendance au sol. La navigation par pulsars à rayons X nous permet de contourner cela et nous permet de déterminer où nous sommes, sans appeler. »

    Putnam a déclaré que parce que notre atmosphère filtre tous les rayons X, vous devez être dans l’espace pour les observer. Les pulsars émettent un rayonnement électromagnétique qui ressemble à des impulsions parce que nous mesurons le pic des signaux de rayons X chaque fois que le pulsar tourne et pointe vers nous – comme le rayon de lumière émis par la balise d’un phare.

    « Chaque pulsar a son propre signal caractéristique, comme une empreinte digitale », a-t-il déclaré. « Nous avons des enregistrements des rayons X au fil du temps provenant des quelque 2 000 pulsars et de la façon dont ils ont changé au fil du temps. »

    Tout comme le système de positionnement global, l’emplacement peut être déterminé à partir de l’intersection de trois signaux.

    « Le problème avec les pulsars, c’est qu’ils tournent si vite que le signal se répète beaucoup », a-t-il déclaré. « En comparaison, le GPS se répète toutes les deux semaines. Avec les pulsars, bien qu’il existe un nombre infini d’emplacements possibles d’engins spatiaux, nous savons à quelle distance ces emplacements candidats sont éloignés les uns des autres.

    « Nous cherchons à déterminer la position des engins spatiaux dans des domaines dont le diamètre est de l’ordre de plusieurs unités astronomiques, comme la taille de l’orbite de Jupiter – quelque chose comme un carré d’un milliard de kilomètres de côté. Le défi que nous essayons de relever c’est-à-dire comment observer intelligemment les pulsars et déterminer pleinement tous les emplacements possibles des engins spatiaux dans un domaine sans utiliser une quantité excessive de ressources de calcul », a déclaré Putnam.

    L’algorithme développé par l’étudiant diplômé Kevin Lohan combine les observations de nombreux pulsars pour déterminer toutes les positions possibles du vaisseau spatial. L’algorithme traite toutes les intersections candidates en deux dimensions ou en trois dimensions.

    « Nous avons utilisé l’algorithme pour étudier les pulsars que nous devrions observer pour réduire le nombre d’emplacements d’engins spatiaux candidats dans un domaine donné », a déclaré Putnam. Les résultats ont montré que l’observation d’ensembles de pulsars avec des périodes plus longues et de petites séparations angulaires pouvait réduire considérablement le nombre de solutions candidates dans un domaine donné.

    La recherche a été financée en partie par la NASA.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Collège d’ingénierie Grainger de l’Université de l’Illinois. Original écrit par Debra Levey Larson. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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