In het technisch weekblad schreef de bekende wetenschapsjournalist Govert Schilling een artikel over het navigeren van satellieten. Hij beschrijft een experiment van NASA om hiervoor pulsars te gebruiken. Pulsars zijn roterende sterren die korte pulsen van radio- en röntgenstraling uitzenden. Per seconde kunnen dat er tien tot wel honderd zijn.
Het experiment is gedaan met een röntgentelescoop aan boord van het ruimtestation ISS. Gedurende twee etmalen zijn met grote nauwkeurigheid de aankomsttijden gemeten van de röntgenpulsen van vijf pulsars in de ruimte. Daarmee kon de positie van het ISS worden bepaald tot op minder dan 10 km nauwkeurig.
‘De techniek is vergelijkbaar met GPS’, aldus de projectleider op een groot sterrenkundecongres in Washington D.C. ‘Met GPS bepaal je je positie op basis van de radiosignalen van drie of meer satellieten; wij gebruiken de röntgensignalen van pulsars.’
De positie van een ruimtesonde wordt nu bepaald door de reistijd van radiosignalen op te meten. ‘Dan weet je heel nauwkeurig de afstand’, zegt de projectleider. ‘Met de techniek van de pulsars wordt de ruimtelijke positie bepaald. We hopen in de komende tijd de positie te kunnen bepalen op 1 km nauwkeurig.
Opdrachten
Het nieuwe systeem wordt vergeleken met de GPS. In het artikel staat dat de positie bij GPS bepaald wordt door radiosignalen van drie of meer satellieten.
a) Wat wordt bij GPS gemeten en hoe wordt daarmee de positie bepaald?
De tijdsduur van het signaal van de satelliet naar het navigatie-apparaat wordt gemeten. Daaruit wordt de afstand tot de satelliet bepaald. Door dat voor minstens 3 verschillende satellieten te doen kan de plaats van het navigatie-apparaat vastgesteld worden.
b) Waarom wordt de nauwkeurigheid groter, als van meer satellieten gebruik gemaakt wordt?
Elke meting heeft een bepaalde onnauwkeurigheid. Door meer satellieten te gebruiken wordt de onnauwkeurigheid uitgemiddeld.
In dit nieuwe systeem worden pulsars in de ruimte benut die de functie hebben van de satellieten bij GPS.
c) Welke eigenschap van pulsars, die in het artikel staat, maakt dat ze geschikt zijn voor positiebepaling?
…“ die met de nauwkeurigheid van een atoomklok elke seconde tientallen of zelfs honderden pulsjes van radio- en röntgenstraling produceren”.
In het artikel staat iets over de nauwkeurigheid van de positiebepaling.
d) Maak op basis daarvan een schatting van de nauwkeurigheid in de tijdmeting.
Ga uit van een onnauwkeurigheid van 10 km. Omdat het signaal met de lichtsnelheid gaat, komt dat overeen met een onnauwkeurigheid in de tijd van:
$\Delta t = \frac{s}{c} = \frac{10\cdot 10^3}{3,0\cdot 10^8}=3,0\cdot 10^{-5}~\mathrm{s}$
In het artikel wordt verteld hoe de positie van een ruimtesonde bij Pluto bepaald wordt.
e) Leg uit wat de bron van onnauwkeurigheid in deze positiebepaling is.
De afstand tot de ruimtesonde kan heel nauwkeurig bepaald worden. De onnauwkeurigheid zit in de bepaling van de exacte richting, waar het signaal vandaan komt.
Als je meer wilt weten, kun je ook een ander artikel over dit onderwerp lezen uit het tijdschrift: De Ingenieur.
