发展历程

发展历程

1974年，美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）的G.S.Downs博士首次提出基于射电脉冲星的行星际飞行航天器自主轨道确定方法，概算定轨精度达到150千米。

1981年，美国通信系统研究所的T.J.Chester和S.A.Butman提出利用脉冲星辐射的X射线信号为航天器导航的构想。

1993年，美国海军研究实验室（NRL）的K.S.Wood博士设计了“非常规恒星特征（USA）”试验，继承传统天文导航的“掩星法”观测思路，提出利用X射线源测定航天器轨道和姿态，以及利用X射线脉冲星进行时间保持的综合方法。

1996年，J.E.Hanson详细讨论了通过X射线天体源利用掩星法来确定航天器姿态和时间的方法。

1999年，搭载USA试验设备的美国空军“先进研究与全球观测卫星”（ARGOS）被发射进入高度840千米、倾角98度的太阳同步轨道，开展了基于掩星法的X射线高层大气结构及导航试验。由于USA试验中X射线导航采用了传统天文导航的掩星观测方法，因此，ARGOS卫星轨道确定精度主要取决于高层大气模型，只能达到几千米水平。严格地说，USA试验不属于真正意义上的X射线脉冲星导航范畴。

2004年，美国Maryland大学的S.I.Sheikh博士基于现代卫星导航系统体制的思想，深入研究了脉冲星的基本物理特征，提出建立脉冲星导航数据库的思路，研究脉冲到达时间转换模型，初步论证了基于X射线脉冲星的航天器自主导航的理论可行性。

综上所述，尽管40年前就提出了脉冲星导航的概念，但是基于现代卫星导航的时间测距思想，利用X射线脉冲星的航天器自主导航理论研究也只经历了10年的发展。X射线脉冲星导航技术属于航天前沿技术研究领域，具有重要的战略研究价值和广阔的工程应用价值。

2004年8月，美国国防部国防预先研究计划局（DARPA）提出“基于X射线源的自主导航定位验证（XNAV）”计划[11]  。XNAV计划分三阶段实施：可行性论证阶段、关键技术攻关与地面验证阶段以及空间飞行试验阶段。DARPA的最终目标是：建立一个能够提供定轨精度10米、定时精度1纳秒、姿态测量精度3角秒的脉冲星导航网络，以满足未来航天任务长时间高精度自主导航应用需求。同时，美国国家航空航天局（NASA）开展了X射线脉冲星应用于深空探测器自主导航技术研究。此外，欧洲空间局（ESA）、俄罗斯、德国、英国、印度、日本和澳大利亚也开展了X射线脉冲星导航技术研究与试验[12]  。