Система ориентации по рентгеновским пульсарам

[RDA]

http://www.newscientistspace.com/article/dn9870-satellites-could-navigate-by-xray-stars.html

Принципиально новую систему навигации для космических аппаратов самого разного назначения предложили специалисты научно-исследовательского агентства Пентагона (DARPA). Вместо сигналов навигационных спутников новая система будет ориентироваться по естественным маякам - рентгеновским пульсарам.

Такие объекты имеют уникальную и очень стабильную частоту следования импульсов, по которой их можно идентифицировать. А так как каждый пульсар также обладает собственным расположением на небесной сфере, поймав несколько пульсаров можно определить и расположение, и ориентацию, и скорость космического аппарата.

По замыслу специалистов DARPA, такая система пригодится в первую очередь военным спутникам и другим космическим аппаратам в случае выхода из строя навигационной системы GPS, например, в результате глушения сигналов противником, или вывода из строя самих спутников навигации. К тому же рентгеновские датчики не ослепляются лазером или при случайном направлении на Солнце, в отличие от систем навигации с камерами видимого диапазона, используемых, чтобы отслеживать яркие звёзды.

Эта новая система ориентации также может с успехом применяться в будущих исследовательских межпланетных миссиях. Опытные рентгеновские навигационные датчики уже проходят испытания в космическом центре Годдарда (NASA Goddard Space Flight Center), а к 2009 систему, возможно, подготовят к тестам на борту МКС.

[Feol]

Что-то я так и не понял, речь идет об определении ориентации (углового положения КА) или об определении положения центра масс? Немного разные вещи, ИМХО  :lol:

[krypton]

Поскольку профили пиков рентгеновских пульсаров нерезкие, возникают сомнения в возможности мгновенного определения ц.м. КА, необходимо накопление данных по каждому из источников. Ещё бо'льшие сомнения в пригодности subj для определения ориентации, учитывая габаритно-весовые характеристики и энергопотребление детекторов.

[Feol]

Ну, по крайней мере, теоретически, ориентацию, видимо, определять можно.

[N2H4]

Что-то я так и не понял, речь идет об определении ориентации (углового положения КА) или об определении положения центра масс? Немного разные вещи, ИМХО  :lol:

И того и другого.

Принимая сигнал с нескольких стабильных пульсаров можно определить положение и скорость КА, причем эта технология должна работать на достаточно больших расстояних от Земли. Может быть даже можно расширить на межзвездные масштабы (последнее мое ИМХО).

Ну, а если суметь выделить направление, с которого идет сигнал, то соответственно определяется ориентация.

Еще пишут, что этот детектор нельзя засветить лазером или Солнцем, как обычный звездник.

[N2H4]

Вся эта байда называется программа XNAV - X-ray Navigation and Autonomous Position Verification. Направлена на повышение стойкости спутниковой групировки к глушилкам GPS сигналов.

[Feol]

Принципиально можно даже не только скорость КА но и положение центра масс определять. По смещению фаз сигналов от разных пульсаров при перемещении КА. Другой вопрос - в точностях. Какие точности можно достичь и какой ценой? Думается, что точность определения ориентации будет максимальна (это как по обычным звёздам), определения скорости - хуже, определения положения ещё хуже. Если не совсем плохо..

[volod]

Принимая сигнал с нескольких стабильных пульсаров можно определить положение и скорость КА, причем
эта технология должна работать на достаточно больших расстояних от Земли.
 Может быть даже можно расширить на межзвездные масштабы (последнее мое ИМХО).

Эта система вообще не связана с Землей Методика определения координат возле Земли или возле Плутона равнозначна.
Действительно, для громадных межзвездных перелетов она пока безальтернативна (на мой взгляд). Для близких же есть альтернатива, можно использовать трехмерный узор соседних звезд.

[volod]

Квазары интересная штука, и проблема наверно гораздо глубже...

   Как то на глаза попалась информация, что с их помощью буржуины хотят шифровать свои сигналы. Информация кодируется какой то случайной последовательностью излучения (кажется все же речь шла о квазарах, хотя их излучение кажется периодично??), ключ никуда не передают, он не прогнозируемый но его имеет и передающая и принимающая стороны.

   Это я к тому, что наблюдение квазаров может иметь широкий спектр назначения от определения ориентации КА в ИСК до защиты информации. Поэтому, считаю, что к этой проблеме подошли очень серьезно, не зря этим занялись в центре Годдарда.

   Что касается пространственного определения положения спутника... Если излучение строго периодично, импульсы достаточно короткие и высоко точно привязаны ко времени, то в зависимости от точки пространства импульсы от разных объектов будут приходить с разной задержкой друг относительно друга, а значит данная точка пространства может быть вычислена. Но есть и сложность, при высокой частоте следования может возникнуть неопределенность какой именно по счету это импульс и возникнет дискретная пространственная неопределенность. Однако при большом наборе одновременно наблюдаемых квазаров с применением алгоритмов фильтрации эта проблема может быть решена.

   Лично мое мнение, проблема решаема и может дать отличные результаты. Если будет решена приборная часть, то через десяток лет американские GPSы будут списаны и мы останемся с носом, особенно если будем повсеместно использовать их приемники... Но все же GPSы в открытую не спишут, т.к. это будет их козырь: если что, GPS отключают и все «модерные технологии» компьютерных навигаторов перестанут работать...  Разве что это станет явно финансово неоправданно (два параллельных проекта: система GPS и квазары).

[Gradient]

Но есть и сложность, при высокой частоте следования может возникнуть неопределенность какой именно по счету это импульс и возникнет дискретная пространственная неопределенность.

Сложность не в этом    
Определение координат будет сводится к измерению разницы расстояний точка-квазар и центр Земли-квазар. А ближайший квазар 3С 273 (№ по Кембриджскому каталогу), находится на расстоянии 1,5 млрд. световых лет. Если вас устроит ответ: "Вы находитесь в местной группе галактик, скорее, в туманности Андромеды" - тогда вперед, списывать GPS в утиль.

[Yuri]

Чиобы стать реальной альтернативой GPS необходимо обеспечить точность навигации по "X-ray stars" не хуже нескольких сотен метров и единиц м/с. Плохо верится, что на таких расстояниях (даже с учетом высочайшей стабильности частоты и возможного применения разных "интерференционных штучек" по сигналам от нескольких  источников) достигается такая точность.
В найденных мною материалах цифры по точности обнаружены не были. Может быть они все же есть ???

[volod]

В измерении дальности нет необходимости.
Можно измерять относительные задержки импульсов от источников со стабильной периодичностью, длительностью импульса и известными векторами распространения сигнала в пространстве. От точности определения задержек и от точности привязки их к шкале времени зависит точность определения координат. Другими словами, анализируется локальное распределение наличия сигналов в данной точке, это распределение будет динамичным во времени но предсказуемым.

Прибору безразлично какая дальность до источника но он знает мгновенный ожидаемый узор (конфигурацию сигналов) в заданной точке и сравнивает с измерением, разница даст поправку положения. Условием работы д.б. непрерывность, иначе при сбое возникнет неопределенность, но это уже технический вопрос.

Что касается точности, то т.к. узор меняется в зависимости от длительности импульса квазара и их количества, то не удивлюсь сантиметровым или даже лучшим порядкам.

Сразу оговорюсь, эта идея придумана мной под впечатлением этой темы и поэтому возможно есть ошибки. Но пока ничего неосуществимого не вижу

[Feol]

Поскольку профили пиков рентгеновских пульсаров нерезкие, ...

Вот это и вызывает наибольшие сомнения в плане точности. То есть, чтобы получить хорошую точность, надо уметь очень точно фиксировать моменты прихода импульсов. Какие алгоритмы не придумывай, без этого никак. А если нет резких фронтов импульсов, то как тут быть?

[пежмарь]

Тут речь не про квазары, а про пульсары, это раз.

Во вторых, да пульсары имеют отличающиеся формы импульсов, но эти импульсы у каждого конкретного пульсара очень стабильны. Настроившись на конкретный пульсар, можно получить стабильную частоту, связанную с этим пульсаром. Настроившись на несколько разных пульсаров, получим несколько стабильных сеток частот. Если аппарат движется в пространстве, то сетки частот плывут друг относительно друга. Вот и все.

Чтобы избавится от "дискретной пространственной неопределенности", надо ввести дополнительный сигнал, например с Земли или с оставшихся в живых GPS-ов. Либо наблюдать побольше пульсаров.

[Feol]

А сколько времени может занять определение частоты следования импульсов пульсара с достаточной точностью для фиксации перемещения, допустим, на десятки/сотни метров?

[Yuri]

А вот и точности (из доклада  на августовской 2006 конференции)

Position < 500 m
Velocity < 10 mm/s

tycho.usno.navy.mil/iau31/sheikh.pdf


Мне бы (для GEO) хватило ...

[N2H4]

А сколько времени может занять определение частоты следования импульсов пульсара с достаточной точностью для фиксации перемещения, допустим, на десятки/сотни метров?

Ну если там используются источники с периодом меньше 0,02 с, то не очень много.
Хотя слайды (//tycho.usno.navy.mil/iau31/sheikh.pdf) довольно "мутные" не очень понятно как это все работает. Толи непрерывно интегрирует приращения, толи еще как.
Вообщем, проблем тут будет не меньше чем при  определнии орбит по GPS, а даже больше.

[Feol]

Position < 500 m
Velocity < 10 mm/s

Если это реально удасться достигнуть, то будет полный переворот в космической навигации при межпланетных перелётах. И способ, пригодный и для межзвездных перелётов в том числе.

[sleo]

С Ленты новостей:

17.03.2009 / 00:05    Российские ученые придумали систему навигации по пульсарам

     Ученые Института космических исследований РАН придумали принципиально новую систему навигации в космосе, ориентирами в которой используются рентгеновские пульсары, сообщает РИА «Новости».

Так кто эту систему все же придумал - российские ученые или американские военные?

[саша]

Проведение независимых траекторных измерений силами самого КА без задействования двигателей ориентации - так?
Исключая точные координаты КА.