Космическая навигация по пульсарам Александр Родин Пущинская радиоастрономическая обсерватория АКЦ ФИАН

План доклада 1.Свойства пульсаров. 2.Отличие от спутниковых навигационных систем. 3.Точность регистрации пульсарных импульсов. 4.Принцип определения местоположения. 5.Блок-схема пульсарной навигационной системы. 6.Заключение

Отличие от спутниковых навигационных систем (Rodin, Sekido, Ilyasov, Imae, 2006) 1.Сигнал от пульсара не содержит никакой дополнительной информации, кроме собственно периодичности. 2.Пульсары крайне слабы, что приводит к длительным временам накопления для обеспечения приемлемого значения сигнал/шум. 3.До пульсаров хорошо известны только их угловые координаты. Расстояния до пульсаров известны с гораздо худшей точностью. 4.Пульсары обладают собственными нерегулярностями вращения, которые вызываются различными астрофизическими причинами. Такие нерегулярности можно рассматривать как аналог режима избирательного доступа, который не может быть отключён.

Свойства пульсаров Плотность потока (1.4 ГГц): от до 1100 мЯн (каталог 1771 пульсаров). Плотность потока для некоторых пульсаров как функция частоты (Sala, Uruella, Villares et al, 2004). 1 Ян (Jy) = Вт/(м 2 Гц)

Период: от 1.39 мс до ~ 8 сек. Большинство миллисекундных пульсаров в двойных системах. У некоторых пульсаров глитчи,. Свойства пульсаров Изменения периода у четырёх рентгеновских пульсаров (White et al, 1995).

Свойства пульсаров Распределение пульсаров по небу эклиптические координаты галактические координаты (Sala, Uruella, Villares et al, 2004).

Свойства пульсаров Отношение сигнал/шум Отношение с/ш как функция частоты для 15 пульсаров (Sala, Uruella, Villares et al, 2004).

Свойства пульсаров Яркостная температура Галактики на частоте 150 МГц в галактических координатах. Контуры от 200 до 3000К.

Свойства пульсаров Карта неба в рентгеновских лучах по данным спутника ROSAT (Snowden et al 1997) ед./сек/угл.мин 2

Точность регистрации пульсарных импульсов T sys – системная температура (К), B – полоса приема (Гц), τ – время накопления (сек), W – ширина импульса (сек), P – период пульсара (сек), S – плотность потока (Ян), G – усиление антенны (Ян/К). ~ W / SNR

Точность регистрации пульсарных импульсов PSR PSR J

Принцип определения местоположения релятивистская поправка где поправка за сферичность фронта задержка Рёмера дисперсионная задержка (для радиопульсаров) (Rodin et al, 2006)

Принцип определения местоположения Пульсар КА Pc R SSB Сферический фронт сигнала измеряется вычисляется

Принцип определения местоположения - набег вращательной фазы при коррекциях орбиты - изменение наблюдаемой частоты вращения пульсара - изменение производной частоты вращения пульсара Необходим акселерометр на борту КА!

Принцип определения местоположения V/c Изменение направления 1 % 5 % 10% 30' 3° 6° - коррекция частоты бортового стандарта частоты,,, - учёт аберрации

Блок-схема пульсарной навигационной системы Space craft Radio (X-ray) telescope Date processing center Pulsar observation center Mission control center GPS (GLONASS) satellite UTC scale Pulsar list Raw data Control data Space craft coordinates and distance TOA data Pulsar 1 B1B1 Pulsar 2 B 2 Pulsar 2 signal Pulsar 3 signal A Pulsar 3 B 3 Pulsar 1 signal

START Enter raw TOA of pulse Transform TOA from spacecraft time scale to SSB scale Removing timing noise d t noise from TOA Reduction of TOA to SSB Calculation of A i = c (t i – t i ) and r Estimating deviation of measured position from predicted r - r predict > Store the calculation result Orbit correction End of navigation END (To space craft) YES NO YES NO Блок-схема пульсарной навигационной системы

Заключение 1.Предложена навигационная система, основанная на приёме сигналов от пульсаров. 2.Определены основные требования к регистрирующей аппаратуре. 3.Разработан алгоритм определения местоположения.

Блок-схема пульсарной навигационной системы