Pulsarnavigatie
Bedrijfszeker
Phased array antennes

Pulsars, radiobronnen in het heelal, zijn bruikbaar voor de navigatie van vliegtuigen. Daarmee komt er voor het eerst een directe toepassing van radiotelescopen in het dagelijks leven.

De pulsarnavigatie kan een goedkoop en betrouwbaar, want nauwelijks te storen, alternatief voor gps worden, blijkt uit een internationaal onderzoek onder leiding van het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium (NLR) in Amsterdam.

Pulsars zijn snel roterende neutronensterren die vanuit hun magnetische polen gebundelde radiostraling uitzenden. De stralingsbundels lopen niet parallel aan de rotatieas waardoor ze bij elke omwenteling als vuurtorenlicht door het heelal zwiepen.

Van sommige pulsars raakt de bundel de aarde met een periode die varieert van 1,4 ms tot 8,5 s. Kortom, pulsars zijn exact gedefi­nieerde radiobakens die dus in principe uitstekend bruikbaar zijn voor navigatie. Echter, hun straling komt niet boven de achtergrond­ruis uit. Tot nu toe kunnen alleen grote radiotelescopen, zoals de LOFAR phased array telescoop in Drenthe, de straling van de ruis onderscheiden.

‘Pulsarsignalen zijn miljoenen keren zwakker dan een gps-signaal’, zegt projectleider Henk Hesselink van het NLR. ‘Toch willen we de pulsarsignalen opvangen met phased array antennes die kleiner en dunner dan een cent zijn.’

Phased array antennes zijn gecombineerde antennes die gelijktijdig meerdere frequentiegebieden in de gekozen richtingen in de gaten houden. Hesselink: ‘Om het signaal uit de achtergrond te vissen, middelen we zo’n duizend metingen. Dit doen we alleen bij de milliseconde-pulsars waardoor we zeker duizend signalen per seconde meten.’ Een internationaal consortium onder leiding van NLR verbeterde de antennes, de signaal­verwerking en de rekenalgoritmes waardoor de navigatie met pulsars een betrouwbare plaatsbepaling oplevert.

 

Man-made noise

Pulsarnavigatie is relatief goedkoop, er zijn geen satellieten en raketlanceringen voor nodig. Het signaal is dag en nacht en onder alle weersomstandigheden te ontvangen. ‘Man-made-noise, door telecommunicatie, magnetrons, schrikdraad en windturbines, heeft impact op de ontvanger, daar moeten we rekening mee houden’, zegt Hesselink. Moedwillige verstoring van het signaal is echter moeilijk. ‘GPS-satellieten zenden op een paar makkelijk te storen frequenties uit. Pulsarstraling heeft een veel groter, nauwelijks te storen, frequentiebereik. De navigatie is wereldwijd beschikbaar omdat de duizend bekende pulsars over de hele hemel verdeeld zijn. Het enige wat we nog niet aantoonden is dat het gebruik van het pulsarsignaal kwalitatief beter is dan het gps-signaal’, aldus Hesselink.

Het onderzoek van het consortium is onderdeel van het Europese Aeronautics and Air Transport Work Programme dat baanbrekende innovaties voor de luchtvaart vanaf 2050 moet opleveren. Zodra pulsarnavigatie werkelijkheid wordt, kunnen piloten van continent naar continent navigeren zoals de kapiteins van weleer hun zeilschepen over de oceanen stuurden; met de sterren.

 

Patrick Marx