船舶有灯塔指引方向，那么太空中我们怎么分辨方向呢

几个世纪以来，灯塔帮助水手安全地驶入港口。他们的灯光掠过水面，穿越雾气和黑暗，引导水手绕过危险的障碍物，并保持正确的道路。未来，太空探索者可能会从脉冲星产生的稳定信号中获得类似的指导。

科学家和工程师正在利用国际空间站，利用这些宇宙灯塔开发基于脉冲星的导航，以协助在NASA的Artemis计划下进行的登月之旅以及未来人类对火星的探路。

脉冲星或快速旋转的中子星是爆炸成超新星的恒星的极致残骸。它们发出明亮的窄光束X射线光子，就像星星旋转时的灯塔一样扫过天空。从很远的距离看，它们似乎在搏动，因此被称为脉冲星。

空间站外部的X射线望远镜，即中子星内部成分浏览器或NICER，收集并标记来自中子星穿过天空的X射线光的到达时间和时间戳。NICER中嵌入的软件被称为X射线定时和导航技术或SEXTANT的Station Explorer，它使用脉冲星发出的信标来创建类似GPS的系统。这个概念，通常称为XNAV，可以在整个太阳系内外提供自主导航。

“ GPS使用精确同步的信号。来自某些中子星的脉动非常稳定，从长远来看，甚至与地面原子钟一样稳定，这使它们具有类似的潜在用途。”位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心研究员卢克·温特尼兹（Luke Winternitz）说。

脉冲的稳定性允许对它们到达太阳系中任何参考点的时间进行高度准确的预测。科学家已经开发出详细的模型，可以精确地预测脉冲何时到达例如地球中心。对脉冲到达航天器上的探测器的时间进行计时，并将其与预计到达参考点的时间进行比较，从而为远航过我们的星球提供了信息。

“脉冲星提供的导航信息不会因为远离地球而降低，因为脉冲星分布在我们银河系的整个星系中，”导航技术专家SEXTANT团队成员Munther Hassouneh说。

NASA太空通信与导航计划高级通信与导航技术部总监Jason Mitchell补充说：“它有效地将GPS的“ G”从全球变成了银河。” “它可以在太阳系中的任何地方工作，甚至可以将机器人或载人系统带到太阳系之外。”

在无线电波段也可以观测到脉冲星，但与无线电波不同，X射线不会受到太空物质的延迟。此外，用于X射线的检测器可以比无线电天线更紧凑，更小。

但是，由于X射线脉冲非常微弱，因此系统必须足够坚固以收集足以进行导航的信号。NICER的大型收集区域使其非常适合XNAV研究。未来的XNAV系统可以做得更小，交易规模更大，以缩短收集时间。

想象一下一项技术，该技术将使太空旅行者能够在行星际距离上每秒传输千兆字节的数据，或者使用旋转的中子星发出的强大光束导航到火星以及其他地方。这个概念并不牵强。实际上，戈达德天体物理学家Keith Gendreau和Zaven Arzoumanian计划在国际空间站上飞行一台多功能仪器，以展示两种突破性的导航和通信技术的可行性，并在同一平台上收集揭示稠密物质物理学的科学数据。在中子星中。图片提供：NASA的戈达德太空飞行中心/ Rich Melnick

米切尔说：“ NICER的大小大约相当于一台洗衣机，但是您可以大大减小其尺寸和体积。” “例如，将XNAV望远镜安装到小型卫星中会很有趣，该卫星可以独立地导航小行星带并表征原始的太阳系物体。”

正如2018年发表的论文一样，SEXTANT已经成功展示了空间站上基于脉冲星的实时导航。它还研究了脉冲星在计时和时钟同步方面的使用，并正在帮助扩大脉冲星的目录，以用作XNAV的参考点。