Американцы разрабатывают вечный GPS

Источник: CNews: Американцы разрабатывают вечный GPS

Американцы разрабатывают вечный GPS

В США приступили к разработке принципиально новой космической навигационной системы. Предполагается, что в ней орбитальный сегмент из высокоорбитальных искусственных спутников Земли, как в уже существующих американской NAVSTAR и российской ГЛОНАСС, будет отсутствовать в принципе — его роль будут выполнять высокостабильные сигналы рентгеновских пульсаров. Это должно резко повысить надежность космических систем Пентагона.

Агентство передовых оборонных проектов США DARPA начало разработку системы мгновенного позиционирования для спутников, в которой в качестве источников сигналов будет использоваться рентгеновское излучение пульсаров. Разработка ведется в рамках программы XNAV (X-ray Source-based Navigation for Autonomous Position Determination), известной также под названием «сеть пульсаров» (Pulsar Network). Об этом сообщил директор агентства Тони Тетер (Tony Tether) на конференции Small Satellites: Complimentary or Disruptive Technology, прошедшей в университете штата Юта. Напомнив, что в GPS-аппаратуре используется специальный параметр Dilution of Precision, характеризующий потерю точности GPS-приемника вследствие геометрического фактора, он отметил, что в случае с пульсарами с этим «проблем не будет». «Прежде всего, надо сказать, что имеется множество пульсаров, — отметил он. — Что еще предстоит сделать — это описать их характеристики. Их сигналами можно будет пользоваться где угодно в Солнечной системе… это отличный способ навигации в пространстве».

В рамках программы XNAV Пентагон планирует изучить возможность разработки системы автономного определения местоположения и ориентации своих космических средств, а также временной их синхронизации по рентгеновскому излучению астрономических объектов — пульсаров. Система XNAV позволит использовать ротационные и аккреционные пульсары для решения навигационных задач спутников на низкой околоземной орбите (LEO), геосинхронной (GEO), орбитах с большим эксцентриситетом (HEO), а также межпланетных космических аппаратов. Строго говоря, излучение звезд (в оптическом диапазоне) используется в системах ориентации космических аппаратов (в так называемых «звездных датчиках») уже давно, однако в данном случае планируется использовать их также и для определения местоположения аппарата и контроля часов. В спецификациях системы указывается, что апертура детектора рентгеновского диапазона должна быть менее 1 м², поле зрения — 60х60 угловых минут, временное разрешение — менее 10 наносекунд, энергетическое разрешение в диапазоне 0,1 — 20 кЭв — не хуже 150 эВ.

Создание системы XNAV позволит резко повысить надежность навигационных систем военных спутников, поскольку они перестают зависеть от работоспособности спутников GPS, которые потенциальный противник, в принципе, может вывести из строя, уничтожить, либо блокировать посылаемые ими радиосигналы. Еще одно преимущество подобной навигационной системы — ею можно пользоваться не только в околоземном космическом пространстве, но и в любой точке Солнечной системы. Более того, новая система координат уже не будет геоцентрической.

Неожиданное (для меня) и интересное решение.

Ничего особенного, кроме быстродействия. Разговоры о замене GPS - туфта полная. Такие пульсарные датчики дают ТОЛЬКО угловые координаты и ТОЛЬКО в космосе. Точность при этом на порядки меньше, чем у обычных звёздных датчиков. Контроль часов, конечно, дешевле рубидиевого эталона.

> Неожиданное (для меня) и интересное решение.

Я бы добавил - красивое.

SAA-977>Источник: CNews: Американцы разрабатывают вечный GPS
>В спецификациях системы указывается, что апертура детектора рентгеновского диапазона должна быть менее 1 м², поле зрения — 60х60 угловых минут, временное разрешение — менее 10 наносекунд, энергетическое разрешение в диапазоне 0,1 — 20 кЭв — не хуже 150 эВ.

Не, коллеги, нереально. Я, в некотором роде, профессионал - зарабатываю на жизнь постройкой детекторов радиационного излучения, и я не представляю себе создания такого детектора в обозримом будущем.

Что я себе могу представить, хоть как-то похожее? Допустим , можно выложить 1 м² падовыми полупроводниковыми детекторами.

От 10 см² германиевого детектора добиться разрешения лучше 1КэВ/100 наносекунд возможно не больше, чем, например, человеку подпрыгнуть вверх на 10 метров. Это если использовать рекордную аппаратуру считывания размером с телевизор. И уже такое устройство будет стоить десятки килобаксов, в массовом невоенном исполнении.

Таких детекторов нужно 1000 штук. В принципе, аппаратуру считывания на сегодняшний момент уже можно засунуть не в 1000 телевизоров, а в пару-тройку, но тогда и энергетическая и временная характеристика упадут на несколько порядков.

Далее, для германиевого ППД работает при температуре жидкого азота, т.е. нужна криотехника. Если использовать кремниевые ППД комнатной температуры, то характеристики (включая эффективность регистрации) упадут, как выражаются буржуи, драматически. В принципе, при комнатной температуре будет работать теллурид-кадмиевые или ртуть-йодное ППД, но их еще доступных и 1см², что уж говорить о 10см², и они ОЧЕНЬ дорогие.

Кстати, в приведенном ТЗ ничего не сказано про эффективность детектора, т.е. вероятность зарегистрировать один фотон. Скорее всего, площадь 1 м² выбрана, исходя из того, что эффективности регистрации 100%, а у детектора с приведенными характеристиками эффективность не лучше процента. То есть такой GPS будет определять координаты не за десятки секунд, а около часа

Про остальные изобретенные человечеством детекторы, способные регистрировать рентгеновское излучение (сцинтилляторы, газовые детекторы, фотоэмульсии...) и упоминать не стоит.

А, вспомнил, как можно получить разрешение 150 эВ монохромного рентгена - детектируя не прямые лучи, а диффракционно отраженные. Кто-нибудь может подсказать, от пульсаров рентген монохромный? Даже если и так, то для получения правильной диффракционной картинки сам GPS надо будет очень точно ориентировать на конкетный пульсар Это для этого они придумали требование 60х60 угловых минут? Какой же это GPS? Это скорее секстант, который можно использовать круглосуточно. Т.е. для получения координат мало прибор просто включить, надо будет им еще и небо сканировать. Либо, как космические аппараты, постоянно сохранять ориентацию

_____________________________________________

Вывод. Возможности сделать такой GPS не вижу. Зато можно сделать (почти) работающий стационарный прототип-секстант размером с многоквартирный дом. Ну, и кое-кому хорошую зарплату оформить

leon>А, вспомнил, как можно получить разрешение 150 эВ монохромного рентгена - детектируя не прямые лучи, а диффракционно отраженные. Кто-нибудь может подсказать, от пульсаров рентген монохромный?
Хрен там монохромный - обычный тепловой спектр с некоторыми особенностями.