| XPNAV-1 | |
|---|---|
| Pulsar | |
| Asiakas | Kiinan tiede- ja teknologialiitto |
| Valmistaja | |
| Tehtävät | Pulsar-signaalien käyttöön perustuvan autonomisen navigoinnin mahdollisuuden testaus |
| Satelliitti | Maapallo |
| laukaisualusta | Jiuquan |
| kantoraketti | Pitkä maaliskuu - 11 |
| tuoda markkinoille | 9. marraskuuta 2016, 23.42 UTC |
| COSPAR-tunnus | 2016-066A |
| SCN | 41841 |
| Tekniset tiedot | |
| Paino | 243 kg |
| Virtalähteet | kaksiosainen aurinkoparisto |
XPNAV-1 , jota kutsutaan myös Pulsariksi [1] ( kiinalainen trad. 脉冲星试验卫星, pinyin Màichōng xīng Shiyan Weixing ) on maailman ensimmäinen navigointisatelliitti , joka perustuu röntgenpulsaripohjaiseen navigointiin , lyhenne XPNAV). Suunniteltu ja valmistettu Kiinassa. Satelliittilaitteiston avulla on tarkoitus rekisteröidä 26 röntgenpulsarin signaalit ja luoda niiden pohjalle navigointikanta. Käytettäessä satelliitin keräämää tietoa 5-10 vuoden ajalta, on myöhemmin mahdollista määrittää avaruusaluksen sijainti syvässä avaruudessa ilman yhteyttä Maan kanssa [2] . Kiinan tiede- ja teknologiayhdistyksen viidennen tutkimuslaitoksen satelliitti painaa yli 200 kiloa ja on varustettu kahdella ilmaisimella. Tehtävä testaa ilmaisimien toimintaa universumin taustamelussa [3] .
Laukaisu tapahtui 10. marraskuuta klo 07.42 Pekingin aikaa [4] tai 9. marraskuuta klo 23.42 UTC [5] . Radalle laukaisussa käytettiin kevyttä kiinteän polttoaineen kantorakettia " Changzheng-11 " (CZ-11 nro Y2). Kiinteiden rakettien nro 2 [k 1] laukaisupaikkaa käytettiin laukaisussa Jiuquanin kosmodromista . Laukaisu suoritettiin itseliikkuvalle pyöräalustalle asennetusta kuljetus- ja laukaisukontista. Kantoraketin mukauttaminen XPNAV-1-satelliitin laukaisua varten kesti alle kuusi kuukautta. Tämä on Long March 11 -kantoraketin toinen laukaisu ja ensimmäinen yksityisen yrityksen tilaama laukaisu [5] .
Laukaisun päätarkoituksena oli lähettää XPNAV-1-satelliitti kiertoradalle. Matkan varrella useita avaruusaluksia laukaistiin kiertoradalle: Xiaoxiang -1 ( kiinalainen harjoitus 潇湘一号, pinyin Xiāoxiāng-1 ), Lishui -1 ( kiinalainen harjoitus 丽水一号), Pina -2 ( kiinalainen harjoitus 皮纳二号, pinyin Pínà-2 ), sekä KAS-2T ( kiinalainen harjoitus 梦想一号) ja sarja tieteellisiä laitteita KS-1Q , asennettuna kantoraketin viimeiseen vaiheeseen. Xinhuan uutisraportit eivät raportoineet ylimääräisestä työmäärästä [1] [5] .
Laukaisu kiertoradalle kesti noin kymmenen minuuttia. Yhdysvaltain strateginen johto tallensi XPNAV-1:n (ja kolme muuta kohdetta) auringon synkroniselle kiertoradalle seuraavilla parametreilla:
Satelliitin virallinen nimi on Pulsar Experimental Satellite ( kiinaksi: 脉冲 星试验卫星, pinyin màichōngxīng shìyàn wèixīng , pall. maichongxing shian weixing ) ( eng. X-ray . pulsarbbr . .XPNAV ) [5] . Tämä nimi julkistettiin muutama päivä ennen julkaisua. Ennen tätä nimi sisälsi termin "navigointi", joka suljettiin pois tiedeyhteisön painostuksesta [5] .
Projektin päätavoitteena on testata autonomisen navigoinnin mahdollisuutta uusien periaatteiden pohjalta: orientoituminen aurinkokunnassa (ja sen ympäristössä) pulsarisignaaleilla millisekunnin jaksolla . Perinteiset menetelmät perustuvat avaruusaluksesta tulevan radiosignaalin Doppler-siirtymän analysointiin ja sen sijainnin ja liikeparametrien ennustamiseen laskelmien perusteella [6] . Tämä menetelmä on melko tarkka, mutta vaatii maanpäällisten resurssien ja ajan käyttöä, mikä lisääntyy avaruusaluksen siirtyessä pois maasta. Navigointiin pulsarien avulla ehdotetaan käytettäväksi taivaankappaleiden signaaleja, joiden liikettä suhteessa aurinkoon on tutkittu riittävästi. Teoreettisesti riittää kolmen tunnetun pulsarin signaalien käsittely, ja neljännen signaalin avulla voimme määrittää tarkan ajan. Avaruuden sijainnin määrittämisen tarkkuus kasvaa tallennetun signaalin taajuuden kasvaessa. Juuri tämä tila saa tutkijat käyttämään röntgenpulsarisignaaleja millisekunnin jaksoilla [6] .
Ensimmäinen yritys käyttää pulsareita navigointiin oli USA ( Unconventional Stellar Aspect ) -koe , joka suoritettiin vuonna 1999 laukaisulla ARGOS ( Advanced Research and Global Observation Satellite ) -avaruusaluksella . Tässä kokeessa havaittu säteily mahdollisti tarkan ajan, satelliitin kulmanopeuden ja sijainnin määrittämisen (alhaisella tarkkuudella) asettamalla säteilylähde horisontin ulkopuolelle [7] .
Kesäkuussa 2017 NASA toimitti sarjan NICER-laitteita ISS:lle, jonka piti tukea SEXTANT-koetta. Osana koetta on tarkoitus tallentaa pulsareiden röntgensäteily XTI-laitteella (aikaviittauksen antaa GPS). ISS:n kiertoradan määritystarkkuuden odotetaan olevan 14 päivän kokeessa 10 kilometriä ja tietokonesimulaatiomenetelmiä käytettäessä 5 kilometriä [6] .
Vuonna 2009 "tehtävätieteen järjestelmän pääsuunnittelija" - XPNAV-1-projektin tieteellinen johtaja ja inspiroija - Shuai Ping julkaisi yhdessä Qian Xuesen Space Technology Laboratoryn henkilökunnan kanssa kirjan "Periaatteet ja menetelmät Röntgenpulsar-navigointijärjestelmä", jossa hän perusteli tulevan tehtävän periaatteet. Hanketta ehdotettiin vuonna 2014 [6] .
Vuonna 2015 Shuai Ping totesi, että 1 m²:n ilmaisimen kahden päivän valotuksella on mahdollista määrittää laitteen liikkeen ominaisuudet jopa 60 metrin tarkkuudella ja nopeudella. jopa 0,004 m/s. Mutta jo 8. lokakuuta 2016, kun hanke virallisesti esiteltiin, Shuai Ping totesi, että mittaustarkkuus mahdollisti planeettojen välisen aseman sijainnin määrittämisen kymmenen metrin tarkkuudella [6] .
Projektin kritiikki20. lokakuuta 2016 Zhang Shuangnan ( Kiinan tiedeakatemian korkean energian fysiikan instituutti ) totesi, että pulsaarinavigointi on teoreettinen käsite, mutta ei käytännöllinen toiminta. Hän korosti myös, että todellinen paikannustarkkuus tulee olemaan yksiköistä kymmeniin kilometreihin, ja itse satelliitti on askel taaksepäin jo tehtyjen tutkimusten taustaa vasten. Samaan aikaan Zhao Ming (Kiinan tiedeakatemian Shanghain observatorio), joka epäili kymmenen metrin paikannustarkkuuden toteutettavuutta, totesi, että avaruusnavigointi vaatii useiden tieteellisten ja teknisten ongelmien ratkaisemista, ja itse tutkimus on suoritettava. pois maan vetovoiman vaikutuksesta [8] .
Kritiikin alla sana "navigointi" poistettiin operaation nimestä, vaikka Puolustustieteen, teknologian ja teollisuuden valtionhallinnon lausunnossa (8.11.2016) todettiin, että vastalauseet avaruusprojekteja kohtaan eivät ole yllättäviä, vaan eivät vaadi toimia, koska ne ovat normaalin tieteellisen keskustelun puitteissa [8] .
XPNAV-1:n kehittäjä on Qian Xuesen Space Technology Laboratory of China Space Academy of Space Technology; projektin valvoja - Shuai Ping; hallintopäällikkö ja pääsuunnittelija - Xue Lijun. Laitteen valmistaja on Shenzhen Dongfanghong Aerospace Company [8] .
Yksi laitteen kehittämisen ja tuotannon piirteistä on teollisuustason komponenttipohjan käyttö ja valmiiden kaupallisten yksiköiden hankinta. Koko valmistussykli kesti vain 10 kuukautta, mikä selittyy "lyhyen syklin" käytöllä satelliitin suunnittelussa, tuotannossa ja testauksessa [8] .
Laitteen muotoilu on suuntaissärmiö, joka painaa 243 kg. Satelliitissa on kaksi röntgenilmaisinta. Ensimmäinen on HTPC ( High time-resolution photon counter ) - kollimaattorityyppinen ilmaisin , joka on asennettu levylle, jonka aktiivinen pinta-ala on 2400 cm². Kollimaattori rajoittaa näkökentän kahteen asteeseen. Aikaresoluutio 100 nanosekuntia, energia-alue 1-10 keV. Toisessa , TSXS:ssä ( Time-resolved soft X-ray spectrometer ), on fokusoiva vino insidenssijärjestelmä , jossa on halkaisijaltaan 17 cm:n röntgenpeilejä [8] , jonka aikaresoluutio on 1,5 µs ja energiaresoluutio 180 eV . @ 5,9 keV energia-alueella 0,5 - 10 keV [9] .
Satelliittivoimajärjestelmä perustuu yhteen aurinkoakkuun, joka koostuu kahdesta osasta. Aurinkopaneelin riittämättömän suorituskyvyn vuoksi ilmaisimet eivät voi toimia samanaikaisesti. Satelliitin elinkaari on suunniteltu vuodeksi [8] [9] .
Satelliitti on suunnattu kolmelle akselille. Suuntausjärjestelmä mahdollistaa instrumenttien sijoittamisen kahden kaariminuutin tarkkuudella ja pitämisen tässä asennossa jopa 90 minuuttia [9] .
19. lokakuuta 2016 satelliitti toimitettiin lentokoneella kosmodromiin. Satelliitin kuljettamiseksi tehtaalta kosmodromiin kehitettiin erityinen kontti, jossa oli ilmastointijärjestelmä ja mikroilmaston ylläpito. Säiliön muotoilu eristää satelliitin ulkoiselta tärinältä, magneettisilta ja muilta vaikutuksilta. Sisällä ylläpidetään 20-25°C lämpötilaa ja vakiopainetta [10] .
Kokeella on useita tavoitteita [8] :
Havainnot alkoivat 17.11.2016. Helmikuuhun 2017 mennessä satelliitti pystyi kiinnittämään kolme kohdetta: PSR B0531 + 21, PSR B0540-69 ja PSR B1509-58 . Esimerkiksi kesäkuussa 2017 TSXS-ilmaisin havaitsi pulsaari PSR B0531+21 (Crab Nebula) 162 kertaa. Keskimääräinen havaintoaika oli 39 minuuttia. Yhteensä rekisteröitiin 5824511 fotonia alueella 0,5-10 keV ja keskimääräinen rekisteröintitiheys 15,4 sekunnissa. Näin ollen ensimmäinen asetetuista tavoitteista (ilmaisimien toiminnan varmistus todellisissa lento-olosuhteissa) on saavutettu [9] .
| |
|---|---|
|
| |
| Yhdellä raketilla laukaistut ajoneuvot erotetaan toisistaan pilkulla ( , ), laukaisut välipisteellä ( · ). Miehitetyt lennot on korostettu lihavoidulla. Epäonnistuneet käynnistykset on merkitty kursiivilla. | |