Nu NASA de levensvatbaarheid van autonome röntgennavigatie in de ruimte heeft aangetoond, een team onder leiding van het Smithsonian Astrophysical Observatory is van plan om de technologie op te nemen in een voorgestelde CubeSat-missie naar de maan, en NASA-ingenieurs bestuderen nu de mogelijkheid om de mogelijkheid toe te voegen aan toekomstige ruimtevaartuigen voor menselijke verkenning.

De belangstelling voor dit opkomende vermogen om ruimtevaartuigen naar de verre uithoeken van het zonnestelsel te leiden, komt slechts enkele maanden nadat NASA-wetenschapper Keith Gendreau en zijn team in het Goddard Space Flight Center van het bureau in Greenbelt, Maryland, met succes de techniek gedemonstreerd - algemeen bekend als XNAV - met een experiment genaamd Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology, of SEXTANT.

De SEXTANT technologie demonstratie, die NASA's Space Technology Mission Directorate had gefinancierd in het kader van zijn Game Changing Development-programma, vond eind vorig jaar plaats en toonde aan dat millisecondenpulsars kunnen worden gebruikt om nauwkeurig de locatie te bepalen van een object dat met duizenden mijlen per uur in de ruimte beweegt. Deze pulsaties zijn zeer voorspelbaar, net als de atoomklokken die worden gebruikt om timinggegevens te verstrekken op het alomtegenwoordige GPS-systeem.

Tijdens de demonstratie wordt SEXTANT profiteerde van de 52 röntgentelescopen en silicium-driftdetectoren op NASA's Neutron-star Interior Composition Explorer, of LEUK, om röntgenstralen te detecteren die afkomstig zijn van vier milliseconden-pulsardoelen. De timinggegevens van de pulsars werden ingevoerd in algoritmen aan boord die autonoom een ​​navigatieoplossing genereerden voor de locatie van NICER in een baan rond de aarde.

Het team zal naar verwachting later dit voorjaar nog een XNAV-demonstratie uitvoeren om te zien of het de toch al indrukwekkende nauwkeurigheid van de technologie kan verbeteren. zei SEXTANT-projectmanager Jason Mitchell, die bij Goddard werkt.

Navigatie testbed

In een andere ontwikkeling die het gebruik van XNAV zou kunnen verbreden, het SEXTANT-team heeft onlangs een speciaal testbed afgeleverd aan het Electro-Optics Lab van de Aeromechanics and Flight Mechanics Division in het Johnson Space Center van NASA in Houston. Het team ontwikkelde het unieke tafelmodel - soms beschreven als een 'pulsar op een tafel' - om de zwakke signalen van pulsars te simuleren. De metingen verkregen van XNAV zullen worden gebruikt om algoritmen te testen die worden ontwikkeld voor toekomstige bemande missies.

XNAV-sensoren vormen een aanvulling op sensoren voor optische navigatie (OpNav). Samen, ze kunnen dienen als een autonoom navigatiepakket om voertuigen te helpen in geval van verlies van communicatie met de grond en om de navigatie-trackinglast op NASA's Deep Space Network te verlichten.

Mitchell zei dat NASA's Lunar Orbital Platform-Gateway, waar astronauten zullen deelnemen aan een verscheidenheid aan wetenschap, verkenning, en commerciële activiteiten in een baan rond en op de maan, XNAV-mogelijkheden kunnen gebruiken.

CubeX:kenmerken van het maanoppervlak

En in een andere ontwikkeling het SEXTANT-team werkt samen met Suzanne Romaine, een wetenschapper van het Smithsonian Astrophysical Observatory, en JaeSub Hong, een onderzoeker aan de Harvard University, om XNAV te vliegen op een CubeSat-missie genaamd CubeX.

"Dit is een duw om de technologie in de operationele modus te brengen, " zei Mitchel, WHO, samen met Gendreau, is een CubeX-medewerker. "Dit is een geweldige kans voor XNAV en laat zien hoe waardevol het is om door de ruimte te navigeren."

Zoals momenteel bedacht, de kleine satelliet zou timinggegevens verzamelen uit de lijst van SEXTANT milliseconde pulsars met behulp van CubeX' miniatuur röntgentelescoop. Een algoritme aan boord zou dan de gegevens gebruiken om de baan van het ruimtevaartuig te bepalen. Het team zou de oplossing van CubeX vergelijken met die van NASA's Deep Space Network, een communicatie- en navigatiemogelijkheid die wordt gebruikt door alle NASA deep-space-missies.

XNAV demonstreren op een operationele satelliet, echter, is niet het enige doel van de missie.

The other half of its mission will be spent measuring the composition of the Moon's lower crust and upper mantle to understand the origin and evolution of Earth's only natural satellite, which scientists believe may have formed when a huge collision tore off a chunk of Earth.

"There's a lot we don't know about the Moon. Many mysteries remain, " said Hong. A better understanding of the mantle layer could be key to determining how the Moon and the Earth formed. To get this information, CubeX would use a technique called X-ray fluorescence, or XRF.

XRF, which is widely used in science and industry applications, is based on the principle that when individual atoms in sediment, rotsen, and other materials are excited by an external energy source—in this case, X-rays emanating from the Sun—they emit their own X-rays that exhibit a characteristic energy or wavelength indicative of a specific element. This can be likened to how fingerprints can identify a specific person.

By capturing these "fluorescing" photons with a miniaturized X-ray optic and then analyzing them with an onboard spectrometer, scientists can discern which elements make up outcrops of the Moon's rocky mantle, which have been exposed by impact craters, and its crust, which overlays the mantle.

The mission would launch no earlier than 2023 to take advantage of the next solar maximum, which would assure a steady bombardment of high-energy X-rays to produce the fluorescence.