Представьте себе сцену: это не слишком отдаленное будущее, и человечество начало строить колонии и места обитания по всей нашей солнечной системе. Мы готовимся сделать следующий большой шаг в неизвестность - фактически оставив уютную защиту гелиосферы Солнца и отправившись в межзвездное пространство. Однако, прежде чем это будущее может произойти, есть важная вещь, которую часто упускают из виду в дискуссиях на эту тему.
Навигация.
Подобно тому, как моряки однажды использовали звезды для навигации по морю, космические путешественники могут использовать звезды для навигации по Солнечной системе. За исключением того, что на этот раз звезды, которые мы будем использовать, будут мертвыми. Определенный класс нейтронных звезд, известный как пульсары, определяется повторяющимися импульсами излучения, которое они излучают. Трюк, согласно недавней статье, может заключаться в использовании пульсаров в качестве формы межпланетного - и, возможно, даже межзвездного - GPS.
Теорий и идей о двигателях космических кораблей много. Такие фонды, как Icarus Interstellar, активно выступают за разработку новых силовых установок, при этом некоторые системы, такие как двигатели VASIMR, выглядят довольно многообещающе. Между тем, ожидается, что термоядерные ракеты смогут доставлять пассажиров в оба конца с Земли на Марс всего за 30 дней, а исследователи из других стран работают над реальными двигателями варпа, мало чем отличающимися от тех, которые мы все знаем и любим из фильмов.
Межпланетный GPS
Но навигация так же важна. В конце концов, пространство невероятно обширно и в основном пусто. Откровенно говоря, перспектива потеряться в пустоте ужасна.
На сегодняшний день это не было проблемой, особенно если учесть, что мы только отправили небольшую горстку корабля мимо Марса. В результате мы в настоящее время используем беспорядочную смесь методов, чтобы отслеживать космические корабли отсюда на Земле - по существу, отслеживая их с помощью телескопов, в значительной степени полагаясь на их запланированную траекторию. Это также точно так же, как наши приборы здесь, на Земле, и это означает, что по мере того, как корабль становится все дальше, наша идея о том, где именно он находится, становится все менее точной.
Это все хорошо, когда у нас есть только несколько кораблей, которые нужно отслеживать, но когда космические путешествия становятся более доступными и люди-пассажиры вовлекаются, маршрутизация всего через Землю станет все более и более трудной. Это особенно актуально, если мы планируем покинуть пределы нашей домашней звезды - в настоящее время «Вояджер-2» находится на расстоянии более 14 световых часов, а это означает, что наземным передачам требуется более полдня, чтобы добраться до него.
Навигация по Земле с использованием современных технологий довольно проста благодаря множеству спутников GPS, которые мы имеем на орбите по всему миру. Эти спутники постоянно передают сигналы, которые, в свою очередь, принимаются устройством GPS, которое вы можете иметь на приборной панели автомобиля или в кармане. Как и во всех других электромагнитных передачах, эти сигналы распространяются со скоростью света, что дает небольшую задержку между тем, когда они были переданы и когда они были получены. Используя сигналы от 4 или более спутников и синхронизируя эти задержки, устройство GPS может точно определить ваше местоположение на поверхности Земли.
Пульсарная навигационная система, предложенная Вернером Беккером, Майком Бернхардтом и Акселем Джесснером в Институте Макса Планка, работает очень схожим образом, используя импульсы, испускаемые пульсарами. Зная начальное положение и скорость вашего космического корабля, записывая эти импульсы и рассматривая Солнце как фиксированную контрольную точку, вы можете рассчитать свое точное местоположение внутри Солнечной системы.
Считая, что Солнце зафиксировано таким образом, технически называется инерциальной системой отсчета, и если вы компенсируете движение Солнца через нашу галактику, система по-прежнему работает отлично, когда покидает Солнечную систему! Все, что вам нужно, это отслеживать как минимум 3 пульсара (в идеале 10, чтобы получить наиболее точные результаты), и вы можете определить свое местоположение с удивительной точностью!
Интересно, что идея использования пульсаров в качестве навигационных маяков восходит к 1974 году, особенно вскоре после того, как Карл Саган использовал пульсары, чтобы показать местоположение Земли на табличках, прикрепленных к космическим зондам Pioneer 10 и 11. Если бы проект Daedalus когда-либо был построен, он мог бы быть оснащен системой, мало чем отличающейся от описанной здесь.
Упаковка для дальних перевозок
Беккер и его коллеги рассмотрели различные типы пульсаров, видимых в небе, и выбрали тип, известный как пульсары с вращающимся двигателем, как лучший тип для использования в галактической системе позиционирования. В частности, подтип этих, известных как миллисекундные пульсары, идеален. Будучи старше, чем большинство пульсаров, они имеют слабые магнитные поля, что означает, что им требуется много времени, чтобы замедлить скорость вращения - это полезно, поскольку сильномагнитные пульсары могут иногда изменять скорость вращения без предупреждения.
При выборе бесчисленных пульсаров вопрос заключается в том, как вы могли бы оборудовать свой космический корабль для их отслеживания. Пульсары легче всего обнаружить в рентгеновских лучах или на радиоволнах, поэтому есть небольшой выбор, какой из них лучше использовать. По сути, все зависит от размера вашего космического корабля.
Небольшие транспортные средства, больше похожие на современные космические корабли, лучше всего использовать рентгеновские лучи для отслеживания пульсаров. Рентгеновские зеркала, подобные тем, которые используются в некоторых космических телескопах на орбите, компактны и легки, что означает, что некоторые из них можно добавить для навигационной системы, не увеличивая при этом общую массу корабля. У них может быть незначительный недостаток, заключающийся в том, что они могут быть легко повреждены слишком ярким рентгеновским источником, это не будет проблемой, за исключением некоторых неблагоприятных обстоятельств.
С другой стороны, если вы управляете большим космическим кораблем между планетами или даже звездами, вам, вероятно, будет лучше использовать радиоволны. В радиочастотах мы знаем намного больше о том, как работают пульсары, а также о том, как мы можем измерять их с более высокой степенью точности. Единственным недостатком является то, что для радиотелескопов, которые вам нужно установить на своем корабле, потребуется площадь не менее 150 м². Но тогда, если бы вы случайно летали на космическом корабле, такой размер, вероятно, не имел бы большого значения.
Интересно помнить, что астрономы часто используют аналогию с пульсарами как «маяки», когда объясняют, почему они кажутся пульсирующими. Если мы когда-нибудь обнаружим, что используем их в качестве реальных навигационных средств, эта аналогия может принять совершенно новый смысл!
Изображения используются здесь с любезного разрешения Адриана Манна из Icarus Interstellar, чью полную галерею можно посмотреть онлайн на bisbos.com
