Зобразіть сцену: це не надто далеке майбутнє і людство почало будувати колонії та місця проживання по всій нашій Сонячній системі. Ми готуємось зробити наступний великий крок у невідоме - насправді залишаючи затишний захист геліосфери Сонця та вирушаючи у міжзоряний простір. Перш ніж таке майбутнє може відбутися, є важлива річ, яку часто не помічають в дискусіях на цю тему.
Навігація.
Подібно до того, як колись моряки використовували зірки для навігації по морю, космічні мандрівники можуть використовувати зорі для навігації по Сонячній системі. За винятком того, що цього разу зірки, які ми будемо використовувати, будуть мертвими. Специфічний клас нейтронних зірок, відомий як пульсари, визначається повторними імпульсами випромінювання, які вони випромінюють. Висновок, згідно з недавнім документом, може полягати в тому, щоб використовувати пульсари як форму міжпланетного - і, можливо, навіть міжзоряного - GPS.
Теорій та ідей щодо двигунів космічних кораблів багато. Фундації, такі як Icarus Interstellar, наполегливо виступають за розробку нових силових установок, при цьому деякі системи, такі як тяги VASIMR, видаються досить перспективними. Тим часом, плавкі ракети, як очікується, зможуть перевезти пасажирів у кругову поїздку із Землі на Марс всього за 30 днів, а дослідники в інших місцях працюють над реальними накопичувачами, не на відміну від тих, кого ми всі знаємо і любимо з фільмів.
Міжпланетний GPS
Але навігація так само важлива. Зрештою, простір загалом величезний і в основному порожній. Перспектива заблукати в порожнечі, відверто кажучи, страхітлива.
На сьогодні це насправді не було проблемою, особливо ми бачимо, що ми лише надіслали невелику кількість суден повз Марс. Як наслідок, ми зараз використовуємо безладний механізм мішанини, щоб відстежувати космічні кораблі звідси на Землі - по суті, відстежуючи їх телескопами, в основному покладаючись на їх заплановану траєкторію. Це також є настільки точним, як наші інструменти тут, на Землі, тобто, коли корабель все більше віддаляється, наше уявлення про те, де саме воно стає, стає все менш точним.
Це все добре і добре, коли у нас є лише кілька кораблів для відстеження, але коли космічні подорожі стають більш легкодоступними та залучені люди пасажири, маршрутизація всього через Землю почне ставати все складніше. Особливо це стосується, якщо ми плануємо покинути межі нашої домашньої зірки - Voyager 2 зараз знаходиться за 14 світлових годин, це означає, що передачі на основі Землі потребують півдня, щоб досягти цього.
Навігація по Землі за допомогою сучасних технологій досить проста завдяки набору GPS-супутників, які ми маємо на орбіті по всьому світу. Ці супутники постійно передають сигнали, які, в свою чергу, надходять від GPS-пристрою, який ви можете мати на приладовій панелі автомобіля або в кишені. Як і у всіх інших електромагнітних передачах, ці сигнали рухаються зі швидкістю світла, даючи невелику затримку між тим, коли вони були передані, і коли вони отримані. Використовуючи сигнали з чотирьох і більше супутників та відмічаючи тимчасові затримки, GPS-пристрій може точно визначити ваше місцезнаходження на поверхні Землі.
Пульсарна навігаційна система, запропонована Вернером Беккером, Майком Бернардом та Акселем Джесснером з Інституту Макса Планка, працює дуже подібним чином, використовуючи імпульси, що випромінюються пульсарами. Знаючи початкове положення та швидкість вашого космічного корабля, записуючи ці імпульси та розглядаючи Сонце як фіксовану опорну точку, ви можете обчислити своє точне розташування всередині Сонячної системи.
Вважаючи, що Сонце буде зафіксовано таким чином, технічно називається інерційною опорною рамкою, і якщо ви компенсуєте рух Сонця через нашу галактику, система все одно прекрасно працює при виході з Сонячної системи! Все, що вам потрібно - це відслідковувати мінімум 3 пульсари (в ідеалі 10, для найточніших результатів), і ви зможете точно визначити своє місцезнаходження з дивовижною точністю!
Цікаво, що ідея використовувати пульсари в якості навігаційних маяків сягає 1974 року, особливо через короткий час після того, як Карл Саган застосував пульсари для показу місця Землі на табличках, прикріплених до космічних зондів Pioneer 10 та 11. Якби проект Daedalus коли-небудь будувався, він, можливо, був би обладнаний системою, не на відміну від описаної тут.
Упаковка для тривалого перевезення
Беккер та його колеги роздивились видимі на небі пульсари та вибрали тип, відомий як пульсатори з обертанням, як найкращий тип для використання в галактичній системі позиціонування. Зокрема, підтип цих типів, відомих як мілісекундні пульсари, є ідеальним. Будучи старшими від більшості пульсарів, у них слабкі магнітні поля, це означає, що їм потрібно тривалий час, щоб уповільнити свою швидкість віджиму - корисно, оскільки сильно намагнічені пульсари можуть іноді змінювати швидкість обертання без попередження.
З незліченною кількістю пульсарів на вибір, питання стосується того, як ви могли оснастити свій космічний апарат для їх відстеження. Пульсарів найпростіше помітити або на рентгенівських, або на радіохвилях, тому є невеликий вибір, для чого краще скористатися. По суті, все виявляється питанням, наскільки великий ваш космічний апарат.
Менші транспортні засоби, більш схожі на сучасні космічні апарати, найкраще використовувати рентген для відстеження пульсарів. Рентгенологічні дзеркала, як і ті, що використовуються в певних орбітальних космічних телескопах, є компактними і легкими, це означає, що для навігаційної системи можна було додати декілька, не збільшуючи загальну масу корабля. Вони можуть мати незначний недолік у тому, що вони можуть бути легко пошкоджені надто яскравим джерелом рентгенівського випромінювання, це не буде проблемою, за винятком нещасних обставин.
З іншого боку, якщо ви пілотуєте великий космічний корабель між планетами чи навіть зірками, вам, швидше за все, буде краще використовувати радіохвилі. У радіочастотах ми знаємо набагато більше про спосіб роботи пульсарів, а також про можливість їх вимірювання з більш високим ступенем точності. Єдиним недоліком є те, що радіотелескопи, які вам потрібно було встановити на своєму кораблі, потребували б площі не менше 150 м². Але тоді, якби вам траплявся літати зірковим кораблем, такий розмір, ймовірно, не мав би великого значення.
Цікаво мати на увазі те, що астрономи часто використовують аналогію пульсарів, які є «як маяки», пояснюючи, чому вони, як видається, пульсують. Якщо ми колись знайдемо їх як фактичні засоби навігації, ця аналогія може набути зовсім нового сенсу!
Зображення тут використовуються з добрим дозволом Адріана Манна з Icarus Interstellar, повну галерею якого можна переглянути в Інтернеті на bisbos.com
