星射线 中国探寻“宇宙灯塔”

中新社北京10月13日电:中国探索“宇宙灯塔”——脉冲星导航试验卫星解读

中国新闻社记者张素

x射线脉冲星因其稳定性被称为“宇宙灯塔”。中国即将在11月发射世界上第一颗脉冲星导航测试卫星。卫星的设计者和制造者以及中国航天科技集团第五研究院的专家13日在北京介绍了最新进展。

“星死灯不灭”的脉冲星与“死”有关。恒星耗尽核能后，根据其质量和成分，其残骸可分为三类:白矮星、黑洞和中子星。脉冲星是中子星，典型半径只有10公里，质量为每立方厘米10亿吨。它们是除黑洞之外密度最大的天体。

脉冲星“不止运动一次”，自转周期在1.4毫秒到8.5秒之间，相当于每秒钟数千圈。脉冲星导航试验卫星科学任务系统总设计师帅平对中新社记者表示，小半径、大质量、高速旋转，堪比“不落之巅”。

脉冲星的两个磁极各有一个辐射束。当恒星旋转时，磁极束像灯塔一样扫过安装在地面或航天器上的探测设备，设备接收到脉冲信号，然后根据现代卫星导航的时间测距理论，可以提供时间、速度、姿态等信息。

帅平说，与以地球质心为时间空参考点的卫星导航相比，脉冲星导航以太阳系质心为时间空参考点，以脉冲星发射信号为自然信标——既解决了导航卫星的寿命极限，又减少了航天器对地面站的依赖。

“世界末日共享这盏灯”

美国在2004年率先提出脉冲星导航计划。几乎与此同时，中国航天专家已经意识到，脉冲星导航是空间“代际”发展的颠覆性技术。2016年3月，已攻关10年的航天科技集团五院获得脉冲星导航专用实验卫星立项。

帅平说，脉冲星产生红外、可见光、紫外、X射线等电磁波波段的信号辐射。选择x射线是因为它集中了脉冲星射线的大部分能量，易于被小型化设备探测和处理。

世界上第一颗脉冲星导航测试卫星将于11月发射，总重量只有240公斤，但它需要解决三大问题。

首先是“可见”。卫星搭载两种脉冲星探测器，准直微通道板探测器以有效探测面积2400平方厘米而闻名；掠入射聚焦探测器有一个直径17厘米的聚焦透镜，效率更高。

“如果发射空后遥测信号正常，高能射线击中探测器并作出响应，就达到了第一个目的。”帅平说，中国科学家以前从未真正“见过”脉冲星。如果这两种国产探测器有效，未来将被制成“汽车导航仪”，嵌入其他卫星。

二是“精确测量”，参考对象是900多年前宋代天文学家记录的蟹状星云脉冲星的超新星爆发。与祖先相隔空，“说话”和看“灯塔”在一起让研究者觉得意义重大。

第三是“用它”。科学家想知道在广义相对论中空连接时，是否能实现大规模、高精度的导航。

“照亮未来”

X射线无法穿过地球稠密的大气层，因此X射线脉冲星导航系统无法直接在地面导航。然而，这座“灯塔”照亮了人类的未来:它为近地轨道、深空空探测和行星际飞行航天器提供自主导航信息服务。

发射后，帅平和他的团队要做大量工作:研制大面积阵列数据库探测器和轻量化导航探测器；构建由多颗低轨卫星组成的空参考星座；构建脉冲星导航数据库，满足工程应用需求；构建天地一体的脉冲星时间参考系统。

随着这颗实验卫星的研制，平均年龄不到31岁的研究团队收获颇丰，申请了51项国家发明专利和11项软件著作权。例如，薛丽军表示，中国微型卫星的设计和建造水平也进入了一个新阶段。比如单个集成电子元器件的功能相当于常规设计的6-8个器件，卫星有效载荷平台的质量比也超过了48%，对科学研究起到了示范作用。

　　“这是值得我们托付终身的事业。”帅平说，引领航天技术创新发展的根本源泉是原始的基础理论创新工作，他们也争取在发射试验卫星后5—10年内开展工程应用。