Люди научились строить маяки тысячелетия назад, и с той поры те помогают морякам бороздить водные просторы нашей планеты. В будущем, когда космические путешественники полетят к другим планетам и далеким звездам, им тоже понадобятся надежные ориентиры. Ими могут стать пульсары. Во всяком случае, так считают инженеры НАСА, которые создали навигационную систему, использующую эти необычные космические объекты.
Пульсары
Пульсары рождаются, когда светило, масса которого примерно в полтора раза больше солнечной, взрывается сверхновой. Его ядро коллапсирует в небольшую и очень плотную нейтронную звезду. Некоторые из таких объектов невероятно быстро вращаются, испуская видимый свет и высокоэнергичное излучение — рентгеновские и гамма-лучи. Такие небесные тела называются пульсарами — в настоящее время их науке известно более двух тысяч. Лучи бьют из их магнитных полюсов, которые не совпадают с осью вращения. В результате звезды рисуют вокруг себя круги, как самые настоящие маяки. Если Земля находится на пути лучей, астрономы видят характерный пульсирующий свет.
Самые быстрые звезды этого типа называются миллисекундными пульсарами — они совершают сотни вращений в секунду. Представьте себе объект массивнее Солнца, который выдает в несколько раз больше оборотов, чем мотор болида Формулы-1! Благодаря своей невероятной точности эти небесные тела помогли ученым совершить множество значимых открытий. Пульсары позволили подтвердить теорию относительности, обнаружить первые экзопланеты и точно измерить огромные расстояния.
Космическая навигация
Когда наступит время полетов к далеким планетам, космическим путешественникам нужно будет как-то ориентироваться в космосе. Начиная с 60-х годов прошлого века НАСА использует для этой цели Сеть дальней космической связи, которую обеспечивают три наземные станции, расположенные в Австралии, Калифорнии и Испании. Созданная конфигурация позволяет их радарам отслеживать положение объектов в относительной близости от Земли. Полученные данные затем обрабатываются наземными службами управления, которые в случае необходимости корректируют путь следования космических аппаратов. Однако в случае потери радиосвязи с Землей те могут оказаться совершенно беспомощными.
Хорошо известен тот факт, что на «Аполлонах», летавших к Луне, были установлены секстанты. Они были значительно усовершенствованы по сравнению с теми приборами, которые помогали ориентироваться в бескрайних океанских просторах морякам древности, но использовали тот же самый метод — устанавливали местоположение корабля по звездам. Это, однако, отдавало откровенной архаикой, поэтому в какой-то момент НАСА начало работать над созданием приборов нового поколения, которые позволили бы вычислять курс в космосе самостоятельно, без помощи с Земли. Инженеры сразу же осознали, что решить эту задачу помогут пульсары. Миллисекундные, например, вращаются со столь идеальной периодичностью, что считаются одними из самых надежных часов во Вселенной. Их пульсация ничуть не уступает в точности атомным хронометрам на борту спутников GPS.
NICER
Первое устройство описанного типа использует метод навигации по рентгеновским пульсарам и уже показывает неплохие результаты на борту МКС. Оно называется NICER (от Neutron Star Interior Composition Explorer) и представляет собой сборку из 56 рентгеновских телескопов, упакованную в корпус размером со стиральную машину. Этот прибор следит за нейтронными звездами, в том числе пульсарами. Он фиксирует время «прибытия» рентгеновских фотонов с точностью до 100 наносекунд. Программное обеспечение, которое носит говорящее название «SEXTANT», анализирует эти данные и сверяет их с каталогом известных пульсаров, пытаясь установить подходящую сигнатуру.
В ноябре 2017 года был проведен эксперимент, в ходе которого NICER, ориентируясь по четырем миллисекундным пульсарам, определил местоположение МКС с погрешностью от 5 до 16 километров, что было воспринято как значительный успех. Планируется, что какая-то из инкарнаций «SEXTANT» найдет применение на Лунной орбитальной платформе-шлюзе — небольшой космической станции, которая в относительно скором времени будет выведена на орбиту нашего естественного спутника. В общем, перспективы у описанной технологии есть. Остается только создать корабли, которые могли бы бороздить с её помощью космические просторы.
