X 射线，又称伦琴射线，由德国物理学家 WK 伦琴于 1895 年发现。X 射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的萤光，使照相底片感光以及空气电离等效应。
从目前的技术手段，人类无法到达外太空，因此科学家借助 X 光线、红外线和其他观测手段进行研究。现在，NASA 就希望用 X 射线导航来引导机器人太空船穿越外太空。
▲ NICER 会将 X 射线集中到硅探测器，收集探测中子星内部组成的数据，包括经常出现的脉冲星。（Source：NASA）
NASA 太空中展示了完全自主的 X 射线导航，这种技术可以将无人驾驶的飞行器引导到太阳系及更远的地方。
这个团队的展示，进行名叫 SEXTANT（Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology）的实验，显示毫秒脉冲星（旋转的中子星），可在太空定位一个以时速数千英里移动的物体──有点类似太空版的全球定位系统 GPS。
NASA 航太技术专家 Jason Mitchell 介绍，这是第一次在太空完全自主展示 X 射线导航。这项技术为深空导航提供了一个新选择，可与现有的太空无线电和光学系统合作。
不过，可能还需要几年的时间来完善用于深空一号的 X 射线导航系统。
▲ 动画显示 NICER 如何扫描天空。（Source：NASA）
这项展示利用 52 个 X 射线望远镜和硅飘移探测器，这些探测器构成 NASA 的中子星内部成分探测器（NICER）。这是一个由该机构于 2017 年 6 月发射用于研究中子星，洗衣机大小的太空船。
展示中，研究小组选择了 4 个毫秒脉冲星（每秒旋转上百次的脉冲星）目标──J0218+4232、b1821-24、J0030+0451 和 j04347-4715，来让 NICER 帮自己定位，这样它就可以光束探测 X 射线。NICER 使用的毫秒脉冲星非常稳定，脉冲到达时间未来数年预计可精确到微秒。
为期两天的实验中，该装备产生了 78 次测量以获得时间数据，SEXTANT 的实验将其送入特别开发的机载算法，生成一个导航解决方案，可显示 NICER 的位置。该团队将该解决方案与由 NICER 机载 GPS 接收器收集的位置数据进行比较。
“为了让这个测量有意义，我们需要开发一种模型，利用我们的合作者在世界各地的射电望远镜提供的地面观测，来预测到达时间，”美国海军研究实验室的 SEXTANT 研究员保罗‧雷说。“测量和模型预测之间的差异将提供导航讯息给我们。”
▲ NICER 在国际太空站的工作。（Source：NASA）
测试目标是为了证明，这个系统可在半径 10 英里的范围内找到 NICER 位置，与此同时，太空站以时速 17,500 英里运行。
Mitchell 说，在 11 月 9 日开始试验的 8 小时内，该系统在 10 英里的目标范围内聚集，并在实验剩余时间内保持低于这个阈值的位置。事实上，数据“很大一部分”显示精确到 3 英里以内位置。
尽管 GPS 系统对地球用户可精确到几英尺距离，但在太阳系外的遥远距离时，却不需要这种精确度。Mitchell 说：“深空中，我们希望精准度能达到数百英尺范围。”
SEXTANT 系统设计师 Luke Winternitz 说，未来该团队将专注于更新飞行和地面软件，为 2018 年稍晚的第二次实验做准备。最终的目标可能需要几年时间才能实现，就是开发探测器和其他硬件，使基于脉冲的导航能在未来的太空船随时使用。为此，团队努力减小仪器的尺寸、重量和功率要求，并提高灵敏度。
此外，Mitchell 表示，SEXTANT 团队也在讨论 X 射线导航支援人类飞行的可能性。
例如，如果到木星（或土星）卫星的星际任务装备有这样的导航装置，就能自动计算出位置，并在很长一段时间内不与地球通讯，相比之下，在这样的空间里 GPS 将无能为力。
这次展示证明 X 射线脉冲星导航在太阳系深空探测的可行性，未来，技术的进步将让我们深入更遥远的外太空。
（本文由 36Kr 授权转载；首图来源：NASA）
