太空飞船如何导航

深蓝色的畅想

人类经过几百万年的发展，对我们身处的环境的认识不断发生改变。在原始时期，人类只知道自己周围的环境，到了文明社会，人类已经利用各种工具，让我们周围的世界更加广阔，对周围的环境有了更多的认识。在几百年前，随着科学的发展，人类逐渐认识到地球的真正样貌，然后开启了大航海时代，接下来，人类的征途就是太空。

随着人类的不断进步，总有一天，我们会像几百年前的大航海时代一样，开启星际大航海的时代。海洋对于人类来说非常广袤，如何辨别方向就成了一个很大的问题。如果只是在近海航行还安全一些，但是要像大航海时代一样进行长时间的航海活动，在完全没有参照物的海面，很难辨别方向。还好那个时候就已经有了指南针，当时的人类利用较为简陋的设备，以及利用天上的星辰，在无数人的探索下，依靠经验渐渐开辟了航路。

随着时代的发展和进步，几百年以后，人类将卫星送上了太空，从那以后，人类就可以利用卫星来进行导航。但是如果人类进入更为空旷的太空，我们目前的一些方法只能让我们在太阳系内航行。出了太阳系，没有卫星可以用来传递信号，那么人类该如何辨别方向呢？

首选我们先来看看现在的太空飞船如何导航。

现在的太空飞船的导航大多数都是在地球完成。在阿波罗登月的时代，地球上有一个控制中心，专门为飞船提供较为精确的导航，而在飞船上，有一个太空六分仪，通过比较恒星的位置以及地球和月球的地平线，来计算飞船的运行轨道。这种方法非常原始，只是利用了一些简单的几何，来确定飞船的位置。

但是在那之后，为了让人类飞行器进入太阳系的深处，NASA布置了一个巨大的无线电天线阵列定位系统，形成深空网络。这个定位系统分布在世界各地，当一个天线无法接收到信号时，另一个可以接收到信号。这个深空网络可以用来接收和发送数据，控制飞船，也能够用来给飞船导航。

那么如果在未来，人类要离开太阳系时，要如何导航呢？

第一个方法，利用惯性导航系统

我们能够通过测量每一颗的加速度和角速度，计算出飞船的速度和位移，然后只要保留完成的航行数据，就能够指引飞船的方向，不至于迷路。但是这种方法时间越长，误差越大，所以对于长期的航行来说，不太实用。

第二种就是用和阿波罗计划一样的方法，利用天体的位置来导航。

我们可以先利用射电望远镜等设备，确定两个天体的位置，然后通过测量自己和两个天体的角度，这样就能将自己定位到一个圆形区域，然后通过多组数据计算，就能最终确定自己在宇宙中的位置。

第三种方法是利用固定的射电信号源来导航。

这种方法就是前面提到过的深空网络，就是利用的这种方法。通过几个巨大的射电天线向飞船和卫星发送电波，然后根据射电信号的多普勒效应和原子钟级别的精确计时系统，在经过一系列复杂的计算，最终实现对飞船的定位和导航。

不过和NASA在地球上的深空网络不同，如果要进行星际航行，显然将射电天线布置在地球是行不通的，所以必须在深空中建立很多的中继卫星和外星信号站，这样才能进行有效的信息传输。

第四种方法，利用宇宙中的脉冲星。

脉冲星就是恒星在生命最后阶段形成的中子星，中子星的高速旋转会让其磁场中的电子和质子高速向外辐射，又因为磁极和自转轴方向不一致，产生了射电波束，这就是我们检测到的脉冲信号。

如果利用脉冲星稳定发射的周期性脉冲来计时，可以把时间误差控制在微秒甚至纳秒级。所以只要通过观测多了脉冲星，就能形成如同深空网络一样的银河定位系统，这样我们就能更加高效准确地定位和导航。

上面提到的四种导航方式，是现在科学家能够想到的几种较为准确地导航方式，但是未来随着科技的发展，也许我们会有更加方便的导航方式。未来，星际航行是人类必须经历的伟大突破，就如同当初大航海时代，让人类重新认识了地球一样，星际航行也必将让人类重新认识宇宙。虽然现在星际航行离我们还比较遥远，但是未来的莫一天，人类一定会冲出太阳系，走向宇宙的深处。