| XPNAV-1 | |
|---|---|
| Pulsar | |
| Zákazník | Čínská asociace pro vědu a technologii |
| Výrobce | |
| Úkoly | Testování možnosti autonomní navigace na základě využití pulzarových signálů |
| Satelit | Země |
| panel | Jiuquan |
| nosná raketa | Dlouhý březen - 11 |
| zahájení | 9. listopadu 2016, 23:42 UTC |
| ID COSPAR | 2016-066A |
| SCN | 41841 |
| Specifikace | |
| Hmotnost | 243 kg |
| Zásoby energie | dvousekční solární baterie |
XPNAV-1 , také nazývaný Pulsar [1] ( čínsky trad. 脉冲星试验卫星, pinyin Màichōng xīng Shiyan Weixing ) je první navigační družice na světě založená na navigaci na bázi rentgenového pulsaru , zkr. XPNAV). Navrženo a vytvořeno v Číně. S pomocí satelitního zařízení je plánováno registrovat signály z 26 rentgenových pulsarů a na jejich základě vytvořit navigační základnu. Při využití dat nashromážděných družicí po dobu 5-10 let bude následně možné určit polohu kosmické lodi v hlubokém vesmíru bez komunikace se Zemí [2] . Družice 5. výzkumného ústavu Čínské asociace pro vědu a techniku váží více než 200 kilogramů a je vybavena dvěma detektory. Mise otestuje fungování detektorů v pozadí hluku vesmíru [3] .
Start proběhl 10. listopadu v 07:42 pekingského času [4] nebo 9. listopadu ve 23:42 UTC [5] . Pro vynesení na oběžnou dráhu byla použita lehká nosná raketa na tuhá paliva „ Changzheng-11 “ (CZ-11 No. Y2). Pro start z kosmodromu Jiuquan bylo využito startoviště raket na tuhá paliva č. 2 [k 1] . Start byl proveden z transportního a odpalovacího kontejneru namontovaného na samohybném kolovém podvozku. Adaptace nosné rakety pro start družice XPNAV-1 trvala necelých šest měsíců. Jde o druhý start nosné rakety Dlouhý pochod 11 a první, který si objednala soukromá společnost [5] .
Hlavním účelem startu bylo vynést na oběžnou dráhu družici XPNAV-1. Po cestě bylo na oběžnou dráhu vypuštěno několik kosmických lodí: Xiaoxiang -1 ( čínské cvičení 潇湘一号, pinyin Xiāoxiāng-1 ), Lishui -1 ( čínské cvičení 丽水一号), Pina -2 ( čínské cvičení 皮纳二号, pinyin Pínà-2 ), dále KAS-2T ( čínské cvičení 梦想一号) a sadu vědeckého zařízení KS-1Q , namontované na posledním stupni nosné rakety. Zprávy Xinhua nehlásily žádné další pracovní zatížení [1] [5] .
Délka startu na oběžnou dráhu byla asi deset minut. Americké strategické velení zaznamenalo XPNAV-1 (a tři další objekty) na sluneční synchronní oběžné dráze s parametry:
Oficiální název satelitu je Pulsar Experimental Satellite ( čínsky: 脉冲 星试验卫星, pinyin màichōngxīng shìyàn wèixīng , pall. maichongxing shian weixing , navigace na bázi pulsar abr. .XPNAV ) [5] . Toto jméno bylo oznámeno několik dní před uvedením na trh. Předtím název obsahoval výraz „navigace“, který byl pod tlakem vědecké komunity vyloučen [5] .
Hlavním cílem projektu je otestovat možnost autonomní navigace na základě nových principů: orientace ve sluneční soustavě (a jejím okolí) pomocí pulsarových signálů s milisekundovou periodou . Tradiční metody jsou založeny na analýze dopplerovského posunu radiového signálu přicházejícího z kosmické lodi a na predikci jejích poloh a parametrů pohybu na základě výpočtů [6] . Tato metoda je poměrně přesná, ale vyžaduje použití pozemských zdrojů a času, který se zvyšuje, jak se kosmická loď vzdaluje od Země. Pro navigaci pomocí pulsarů se navrhuje využít signálů nebeských těles, jejichž pohyb vůči Slunci je dostatečně prozkoumán. Teoreticky stačí zpracovat signály ze tří známých pulsarů a použití čtvrtého signálu nám umožní určit přesný čas. Přesnost určení polohy v prostoru se zvyšuje s rostoucí frekvencí zaznamenávaného signálu. Je to tato podmínka, která vede výzkumníky k použití rentgenových pulsarových signálů s milisekundovými periodami [6] .
Prvním pokusem o využití pulsarů pro navigaci byl experiment USA ( Unconventional Stellar Aspect ) , který byl proveden na kosmické lodi ARGOS ( Advanced Research and Global Observation Satellite ) vypuštěné v roce 1999 . V tomto experimentu detekované záření umožnilo určit přesný čas, úhlovou rychlost družice a její polohu (s nízkou přesností) nastavením zdroje záření za horizont [7] .
V červnu 2017 dodala NASA na ISS sadu zařízení NICER, která měla podporovat experiment SEXTANT. V rámci experimentu se plánuje záznam rentgenové emise pulsarů přístrojem XTI (časovou referenci poskytuje GPS). Očekává se, že při 14denním experimentu bude přesnost určení oběžné dráhy ISS 10 kilometrů a s využitím metod počítačové simulace dosáhne přesnost 5 kilometrů [6] .
V roce 2009 vydal „hlavní konstruktér misijního vědeckého systému“ – vědecký ředitel a inspirátor projektu XPNAV-1 – Shuai Ping spolu s pracovníky Qian Xuesen Space Technology Laboratory knihu „Principy and methods of the rentgenový pulsarový navigační systém“, ve kterém zdůvodnil principy budoucí mise. Projekt byl navržen v roce 2014 [6] .
V roce 2015 Shuai Ping poznamenal, že při dvoudenní expozici detektoru o ploše 1 m² je možné určit charakteristiky pohybu zařízení s přesností až 60 m a rychlostí až 0,004 m/s. Ale již 8. října 2016 při oficiální prezentaci projektu Shuai Ping poznamenal, že přesnost měření umožnila určit polohu meziplanetární stanice s přesností deseti metrů [6] .
Kritika projektu20. října 2016 Zhang Shuangnan (Institut fyziky vysokých energií , Čínská akademie věd ) poznamenal, že navigace pulsaru je teoretický koncept, ale ne praktická činnost. Zdůraznil také, že skutečná přesnost určování polohy bude od jednotek do desítek kilometrů a samotná družice je krokem zpět na pozadí již provedených studií. Zároveň Zhao Ming (Šanghajská observatoř Čínské akademie věd), pochybující o proveditelnosti přesnosti určování polohy na deset metrů, poznamenal, že vesmírná navigace vyžaduje řešení velkého množství vědeckých a technických problémů a samotný výzkum musí být prováděn pryč od gravitačního vlivu Země [8] .
Pod kritikou bylo z názvu mise odstraněno slovo „navigace“, ačkoli v prohlášení Státní správy pro obrannou vědu, techniku a průmysl (8. listopadu 2016) bylo uvedeno, že námitky proti vesmírným projektům nejsou překvapivé a nevyžadují akci, protože jsou v rámci běžné vědecké diskuse [8] .
Vývojář XPNAV-1 je Qian Xuesen Space Technology Laboratory z China Space Academy of Space Technology; vedoucí projektu — Shuai Ping; administrativní vedoucí a hlavní designér - Xue Lijun. Výrobcem zařízení je Shenzhen Dongfanghong Aerospace Company [8] .
Jedním z rysů vývoje a výroby zařízení je využití součástkové základny průmyslové úrovně a nákup hotových obchodních jednotek. Celý výrobní cyklus trval pouhých 10 měsíců, což se vysvětluje použitím „krátkého cyklu“ návrhu, výroby a testování družice [8] .
Konstrukce zařízení je rovnoběžnostěn o hmotnosti 243 kg. Satelit má dva rentgenové detektory. První z nich je HTPC ( High time-resolution photon counter ) - detektor kolimátorového typu namontovaný na desce s aktivní plochou 2400 cm². Kolimátor omezuje zorné pole na dva stupně. Časové rozlišení 100 nanosekund, energetický rozsah od 1 do 10 keV. Druhý , TSXS ( Time-resolved soft X-ray spectrometer ), má zaostřovací systém šikmého dopadu s rentgenovými zrcadly o průměru 17 cm [8] Tento detektor poskytuje časové rozlišení 1,5 µs a energetické rozlišení 180 eV @ 5,9 keV v energetickém rozsahu od 0,5 do 10 keV [9] .
Satelitní napájecí systém je založen na jediné solární baterii, která se skládá ze dvou částí. Kvůli nedostatečnému výkonu solárního pole nemohou detektory pracovat současně. Životní cyklus družice je navržen na jeden rok [8] [9] .
Satelit je orientován ve třech osách. Orientační systém umožňuje polohovat přístroje s přesností dvou obloukových minut a držet je v této orientaci až 90 minut [9] .
Dne 19. října 2016 byla družice dopravena letadlem na kosmodrom. Pro přepravu družice z továrny na kosmodrom byl vyvinut speciální kontejner s klimatizačním systémem a údržbou mikroklimatu. Konstrukce kontejneru izoluje satelit od vnějších vibrací, magnetických a jiných vlivů. Uvnitř je udržována teplota 20-25°C a konstantní tlak [10] .
Experiment má několik cílů [8] :
Pozorování začalo 17. listopadu 2016. Do února 2017 byl satelit schopen opravit tři objekty: PSR B0531 + 21, PSR B0540-69 a PSR B1509-58 . Například k červnu 2017 byl pulsar PSR B0531+21 (krabí mlhovina) pozorován detektorem TSXS 162krát. Průměrná doba pozorování byla 39 minut. Celkem bylo registrováno 5824511 fotonů v rozsahu od 0,5 do 10 keV s průměrnou frekvencí 15,4 registrací za sekundu. Tím bylo dosaženo prvního ze stanovených cílů (potvrzení provozu detektorů v reálných letových podmínkách) [9] .
| |
|---|---|
|
| |
| Vozidla vypuštěná jednou raketou jsou oddělena čárkou ( , ), starty jsou odděleny interpunkcí ( · ). Lety s posádkou jsou zvýrazněny tučně. Neúspěšné spuštění je označeno kurzívou. | |