相信大家通过网络已经对脉冲星有了初步的认识，它就是高速自旋的中子星，如图１所示 。那我今天重点讲一下自转周期为毫秒级的脉冲星（毫秒脉冲星）在空间导航中的意义 。在近地轨道空间，全球导航卫星系统（GNSS）可以满足地球表面设施、空间飞行器的米级导航精度 。但当飞行器一旦进入深空，人类的测控手段就比较少了，地面站测控也存在着信号延迟等问题 。实现深空航天器的完全自主导航是空间科学家的一个梦想 。而毫秒脉冲星发出的稳定周期脉冲信号非常类似于GNSS观测信息，不仅可以提供距离测量信息进行位置确定 ， 而且周期信号中还包含了授时信息，这是天文导航所不能比拟的 。
图１脉冲星示意图
尽管其最终要用于深空自主导航，但不同组织都不约而同地在近地轨道空间争相开展脉冲星导航的实验 。2016年11月，中国航天科技集团发射了脉冲星试验卫星（XPNAV-1），事后数据分析表明可提取X射线波段的蟹状星云（Crab）脉冲信号 。2017年，中科院高能所和空间应用中心科研人员利用天宫二号上的伽马暴偏振探测器（POLAR）观测数据完成了我国首次脉冲星导航空间实验，提取了Crab脉冲信号，如图2所示，并进行了天宫二号的位置解算 ， 精度达到10公里左右 。
图2 左图：Crab星云（图片来自哈勃官网），右图：POLAR对Crab脉冲星的观测结果
美国NASA在X射线脉冲星导航方面的研究就更进一步了 。NASA在国际空间站上开展了中子星内部组分探测研究（NICER），并在其中部署了X射线计时和导航技术验证项目（SEXTANT） 。该项目从2017年6月开始在国际空间站上开展在轨实验，并于2017年底证实其成功完成首次空间在轨X射线脉冲星导航技术验证 。在轨定轨精度可达到5公里，如图3所示，通过进一步调试，定轨精度有望达到1公里 。同时还验证了利用X射线脉冲星进行授时的可行性 。所以未来X射线脉冲星观测有望成为类似于GNSS的导航系统 ， 服务于地月以远的深空 ， 甚至是太阳系外的飞行器 。这就是脉冲星在导航方面的重大意义 。
【什么是脉冲星?脉冲星有何意义呢】
最后补充一句：我国天宫二号安装的POLAR探测器并不是为脉冲星导航实验专门设计的 ， 测量的是高能段X射线，光子流量比较少，而且探测面积也不大 ， 这也是在POLAR导航精度要稍差于SEXTANT项目结果的一个重要原因 。
图3 Crab脉冲星导航结果，位置精度优于5公里（来自于SEXTANT项目）
