Наш космос огромен. И в будущем, для ориентации земных кораблей аппаратов в нем, человечеству понадобится надежная навигационная система.
Сегодня пока еще космические аппараты полагаются на Землю. Когда мы посылаем сигнал к космическому зонду и получаем сигнал от него, используют временную задержку сигнала для вычисления расстояния. Земные телескопы постоянно наблюдают за аппаратом в космосе и определяют его положение в Солнечной системе. Зная расстояние и положение, вычисляются точные координаты, и эти данные посылаются на космический зонд.
Для определения скорости применяется доплеровский сдвиг радиоволн (при удалении объекта от наблюдателя, частота его сигнала уменьшается, при приближении к наблюдателю, его частота возрастает). Если для приема сигнала использовать несколько антенн, расположенных в разных местах планеты, то можно определить задержку сигнала с космического зонда достигающего одной антенны, в сравнении с другой. Объединив данные скорости и положения, мы получаем полные шестимерные данные о космическом аппарате. Три координаты положения, и три значения скорости.
Данный метод опирается на сеть радиолокационных систем Земли. Он будет работать, пока человечество будет осваивать другие планеты Солнечной системы. Но для полетов в глубокий космос нужно нечто иное. Навигационная система космического корабля должна быть автономной.
Первый вариант ориентации это использование пульсаров. Вращающиеся объекты, которые посылают свои сигналы через четко определенные промежутки времени. Каждый пульсар имеет уникальный период вращения. Их можно использовать в качестве своеобразных маяков. Но у этого метода есть недостаток. При нахождении в облаке пыли, сигналы от пульсаров могут не пробиться сквозь «космический туман».
Второй вариант это использование известного метода параллакса. Кто-то может даже его вспомнит из курса астрономии. Метод состоит в следующем. Очень далекий объект наблюдения, например звезда, при наблюдении в течении года будет «качаться» на звездной карте ночного неба. Это покачивание связано с перемещением нашей планеты по своей орбите, и изменением угла наблюдения звезды. Зная угол качания звезды на ночном небе и диаметр окружности солнечной орбиты Земли, можно вычислить расстояние до объекта.
Более простой пример каждый может провести у себя дома (или на работе, только чтобы никто не видел). Нужно поднять палец (любой) у себя перед носом. Теперь поочередно закрывая левый и правый глаз, мы заметим «смещение в пространстве» своего пальца. Данное смещение вызвано изменением угла наблюдения.
Метод параллакса сможет помочь и космическим кораблям. Перед стартом в Искусственный Интеллект (ИИ) корабля загружаются точные координаты всех известных звезд нашей галактики. При удалении от Солнечной системы корабль измеряет расстояние между несколькими парами звезд. По мере движения корабля более близкие звезды на небе смещаются, а далекие остаются относительно неподвижными.
Измеряя несколько пар звезд и сравнивая значения с загруженным каталогом, можно определить, какие сейчас наблюдаются звезды на небе, и как далеко корабль находится от этих звезд. Такое наблюдение даст кораблю точные трехмерные координаты.
С определением скорости немного сложнее. Теперь нам понадобится знание специальной теории относительности. При больших скоростях наблюдаемые объекты на небе могут казаться находящимися не там, где они есть на самом деле. Этот эффект называется аберрацией. При наблюдении звезд с Земли, из-за вращения нашей планеты вокруг своей оси, и вокруг Солнца, наблюдаемые звезды «пляшут» на небе.
Для получения качественных снимков аберрацию Земли вычисляют, затем вносят изменения в угол наблюдения телескопов. Свою аберрацию могут измерять и бортовые системы космического аппарата. Отмечая, какие звезды смещены от ожидаемого положения и насколько, Искусственный Интеллект корабля может вычислить свою трехмерную скорость.
С помощью параллакса и аберрации космический корабль может установить свои шестимерные координаты. Три координаты положения, и три координаты скорости.
Насколько точны данные измерения? Для определения координат корабля достаточно наблюдать двадцать звезд. При измерении положения до них с точностью до угловой секунды, то свое положение в галактике корабль сможет определить с погрешностью в три астрономические единицы (а.е.), или трех расстояний от Земли до Солнца.
Собственную скорость корабль сможет определить с погрешностью в два километра в секунду.
Используя оба метода, капитаны и штурманы космических кораблей получают в свои руки надежный способ навигации вдали от родной планеты.
Подписывайтесь на канал, чтобы случайно не пропустить интересное.
Буду признателен за лайк, если статья понравилась.
Другие интересные статьи вы можете найти по тегу
#чудные миры космоса
