資料圖：蟹狀星云

X射線脈沖星因穩(wěn)定有“宇宙燈塔”之稱。中國即將在11月發(fā)射全球首顆脈沖星導(dǎo)航試驗衛(wèi)星，衛(wèi)星的設(shè)計及制造者、中國航天科技集團第五研究院的專家13日在北京介紹最新進展。

脈沖星與“死亡”有關(guān)。在恒星耗盡核能以后，根據(jù)其質(zhì)量及成分，遺骸分為三類：白矮星、黑洞和中子星。脈沖星屬于中子星，典型半徑僅有10千米、每立方厘米的質(zhì)量高達(dá)10億噸，是除黑洞以外密度最大的天體。

脈沖星“運動不止”，自轉(zhuǎn)周期在1.4毫秒至8.5秒間，相當(dāng)于每秒旋轉(zhuǎn)上千次。脈沖星導(dǎo)航試驗衛(wèi)星科學(xué)任務(wù)系統(tǒng)總設(shè)計師帥平對中新社記者說，半徑小、質(zhì)量大、高速自轉(zhuǎn)，堪比“不倒陀螺”。

脈沖星的兩個磁極各有一個輻射波束。當(dāng)星體自轉(zhuǎn)時，磁極波束像“燈塔”一樣，掃過安裝在地面或航天器的探測設(shè)備，設(shè)備接收到脈沖信號，再根據(jù)現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航的時間測距理論，就可以提供時間、速度、姿態(tài)等信息。

帥平說，與以地球質(zhì)心為時空基準(zhǔn)點的衛(wèi)星導(dǎo)航相比，脈沖星導(dǎo)航以太陽系質(zhì)心為時空基準(zhǔn)點，以脈沖星發(fā)射信號為天然信標(biāo)——這既解決了導(dǎo)航衛(wèi)星的壽命限制，也將減少航天器對地面站的依賴。

“天涯共此燈”

美國在2004年率先提出脈沖星導(dǎo)航計劃。幾乎同時，中國航天專家也意識到脈沖星導(dǎo)航是航天“跨代”發(fā)展的顛覆性技術(shù)。2016年3月，已有10年攻關(guān)基礎(chǔ)的航天科技集團五院獲脈沖星導(dǎo)航專用試驗衛(wèi)星立項批復(fù)。

帥平說，脈沖星在紅外、可見光、紫外、X射線等電磁波頻段都產(chǎn)生信號輻射，選擇“X射線”，是因其集中了脈沖星射線的絕大部分能量，易于小型化設(shè)備探測及處理。

即將在11月發(fā)射的全球首顆脈沖星導(dǎo)航試驗衛(wèi)星，總重僅240公斤，卻要上天解決三大難題。

首先是“看得見”。該衛(wèi)星攜帶兩種脈沖星探測器，準(zhǔn)直型微通道板探測器以2400平方厘米的有效探測面積見長；掠入射聚焦型探測器有口徑17厘米的聚焦鏡頭，效率更高。

“如果發(fā)射升空后遙測信號正常，高能射線打在探測器上有響應(yīng)，就實現(xiàn)了第一個目標(biāo)?！睅浧秸f，此前中國科學(xué)家從未真正“看見”脈沖星。若兩款國產(chǎn)探測器見效，未來將被做成“車載導(dǎo)航儀”嵌入其他衛(wèi)星。

其次是“測得準(zhǔn)”，參照物為900多年以前宋朝天文學(xué)家記錄的脈沖星的超新星爆發(fā)。與祖先隔空“對話”、同觀“燈塔”，讓研究者覺得意義非凡。

第三是“用得上”?？茖W(xué)家們想知道，在廣義相對論里時空相連，大尺度的高精度導(dǎo)航還能否實現(xiàn)？

“照亮未來路”

X射線難以穿過地球稠密大氣層，所以X射線脈沖星導(dǎo)航系統(tǒng)無法直接對地面進行導(dǎo)航。但這座“燈塔”照亮了人類未來的路：為近地軌道、深空探測和星際飛行航天器提供自主導(dǎo)航信息服務(wù)。

在發(fā)射之后，帥平及其團隊要做大量工作：研制大面陣數(shù)據(jù)庫型探測器和輕型化導(dǎo)航型探測器；構(gòu)建若干顆低軌道衛(wèi)星組成的空間基準(zhǔn)星座；構(gòu)建滿足工程應(yīng)用要求的脈沖星導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫；構(gòu)建天地一體的脈沖星時間基準(zhǔn)系統(tǒng)。

伴隨這顆試驗衛(wèi)星的研制路，平均年齡不到31歲的研制團隊收獲頗豐，共申請了51項國家發(fā)明專利、11件軟件著作權(quán)等。薛力軍舉例說，中國微小衛(wèi)星設(shè)計建造水平也進入新的階段，比如綜合電子組件一臺單機功能相當(dāng)于常規(guī)設(shè)計的6—8臺設(shè)備，衛(wèi)星載荷平臺質(zhì)量比也超過了48%，為科研工作起到示范作用。

“這是值得我們托付終身的事業(yè)。”帥平說，引領(lǐng)航天技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的根本源泉是原始的基礎(chǔ)理論創(chuàng)新工作，他們也爭取在發(fā)射試驗衛(wèi)星后5—10年內(nèi)開展工程應(yīng)用。