Настав 2021 рік, і нам, нарешті, не потрібно так сильно турбуватися про те, що наш космічний корабель загубиться в міжзоряному просторі.
Використовуючи розташування та змінне світло зірок, як близьких, так і далеких, астроном Корін А.Л. Бейлер-Джонс продемонстрував можливість автономної навігації «на льоту» для космічних апаратів, які подорожують далеко за межі Сонячної системи.
Міжзоряне космічна навігація може не здаватися нагальною проблемою. Однак уже в останнє десятиліття створені людиною інструменти увійшли в міжзоряний простір, коли «Вояджер-1» (у 2012 р) і «Вояджер-2» (у 2018 р) перетнули кордон Сонячної системи, відомої як геліопауза.
Це тільки питання часу, коли до них приєднається New Horizons. У міру того як ці космічні кораблі летять все далі й далі від своєї рідної планети, зв’язок із Землею займає все більше і більше часу.
New Horizons зараз знаходиться майже в 14 світлових годинах від Землі, що означає, що для посилання сигналу й отримання відповіді потрібно 28 годин.
«При подорожі до найближчих зірок сигнали будуть занадто слабкими, а час проходження світла буде по декілька років», – писав Бейлер-Джонс у своїй статті, яка нині доступна на сервері препринтів arXiv, де вона очікує експертної оцінки з боку спільноти астрономів.
«Тому міжзоряний космічний корабель повинен буде рухатися автономно і використовувати цю інформацію, щоб вирішити, коли вносити поправки на курс або включати інструменти. Такий космічний корабель повинен мати можливість визначати своє положення і швидкість, використовуючи тільки бортові вимірювання».
Бейлер-Джонс, який працює в Інституті астрономії Макса Планка в Німеччині, не перший, хто думає про це. НАСА працює над навігацією за допомогою пульсарів, використовуючи регулярні пульсації мертвих зірок як основи для галактичного GPS. Цей метод звучить непогано, але він може бути схильний до помилок на великих відстанях через спотворення сигналу міжзоряним середовищем.
За допомогою каталогу зірок Бейлер-Джонс зміг показати, що можна визначити координати космічного корабля в шести вимірах – трьох в космосі й трьох по швидкості – з високою точністю, ґрунтуючись на тому, як положення цих зірок змінюється від точка зору космічного корабля.
Паралакс і аберація належать до видимої зміни положення зірок через рух Землі. Ефект Доплера – це зміна довжини хвилі світла від зірки в залежності від того, чи наближається вона до спостерігача або від нього.
Оскільки всі ці ефекти пов’язані з відносним становищем двох тіл, третє тіло (космічний корабель), що знаходиться в іншому положенні, буде бачити інше розташування зірок.
Насправді досить складно визначити відстані до зірок, але ми на вірному шляху. Супутник Gaia виконує поточну місію з нанесення на карту Чумацького Шляху в трьох вимірах і показав нам найточнішу карту галактики на сьогодні.
Бейлер-Джонс протестував свою систему, використовуючи змодельований зоряний каталог, а потім на прилеглих зірках з каталогу Hipparcos, який було складено в 1997 році, на релятивістських швидкостях космічного корабля. Хоча це не так точно, як у Gaia, це не так уже й важливо – мета полягала в тому, щоб перевірити, чи може навігаційна система працювати.
Вимірюючи всього 20 зірок, система може визначати положення і швидкість космічного корабля з точністю до 3 астрономічних одиниць і 2 кілометрів в секунду. Ця точність може бути поліпшена обернено пропорційно квадратному кореню з-поміж зірок; зі 100 зірками точність зростає до 1,3 астрономічних одиниць і 0,7 км в секунду.
