如果你想从地球上的A点到B点，你可以拿出手机，打开GPS，打开我最喜欢的“地图应用程序”，然后，嘿!但是在太空中导航呢?即使在我们自己的太阳系中，距离也以数百万甚至数十亿公里计算，旅程需要数年才能完成，而且那里没有GPS。尼克·詹姆斯(Nick James)为BAE系统公司从事太空导航工作，他向克里斯·史密斯(Chris Smith)讲述了航天器面临的挑战。
尼克:如果你想象一下，我们有一艘宇宙飞船在地球和火星之间飞行，它主要受到太阳引力的影响。我们还必须处理其他的引力所以太阳系中的所有行星都会或多或少地对飞船施加引力。太阳通常是占主导地位的，但其他行星，比如木星，有很大的引力，如果你从地球到火星，当你靠近地球或火星时，它们也有。
克里斯-假设我们知道行星在任何给定时间的位置，所以聪明的数学家可以大致计算出你在旅途中会感受到的行星引力。
尼克:没错。我们知道行星在太阳系内部的位置，可能在任何特定时间都能精确到几百米。即使是遥远的太阳系中更大的行星我们也能精确到千米的水平。所以我们能做的关于航天器上的力，重力，就是我们知道行星在哪里，我们有一个航天器在哪里的估计，所以我们可以计算出航天器上的重力。
我们确实有其他作用在飞船上的力它们不是引力，它们被称为，不出意外，非引力。这些力的范围包括太阳辐射压力，本质上，阳光照射到航天器上会对航天器施加一个小的加速度。
克里斯:怎么做?
尼克:基本上就是动量后坐力。有来自太阳的光子。如果你想象你有一个带有太阳能电池板的航天器罗塞塔就是一个很好的例子。它有巨大的太阳能电池板，因为它必须在太阳系中走得很远。它的面积约为64平方米。所有落在太阳能电池板上的太阳光子，有些被吸收，但有些会被反射，本质上，光子有动量，反射把动量传递给航天器。所以，本质上，这些太阳能电池板上施加的压力很小，这是由照射在它们上面的阳光造成的。
克里斯:它有多大?
尼克-小。
克里斯:如果我把一根人的头发放在桌子上，这和那差不多吗，或者更多，或者更少?
尼克:单位是每平方米9微牛顿。
Chris -所以在得到一个大实数之前小数点后有很多个零?
尼克:是的。
克里斯:所以这是一个很小的力，但你的观点是，因为这些任务需要7到10年的时间才能完成——他们要飞那么长时间才能到达目标——一个很小很小的力，但经过很长一段时间，这意味着当你到达目的地时，它可能会变成一个非常大的误差?
尼克:是的，没错。这一点特别重要，因为不像你用GPs导航，基本上，你每时每刻都能精确地测量你的位置，当我们在太空中导航时，我们没有这个。
基本上，我们有三种不同的测量方法。我们有多普勒，我们有测距测量，这可以让我们测量到航天器的距离。所以它们都是径向的，一个方向。我们还有另一种测量方法，叫做德尔塔，它实际上给了我们一个与宇宙飞船的角度。但所有这些都不能直接告诉我们宇宙飞船的位置。
所以我们要做的就是确定飞船的位置我们要估计它的位置。然后我们用轨道估计器对其进行积分，轨道估计器考虑了作用在航天器上的力，然后产生一组新的位置。当我们用一个特定的轨道模型做这个时，我们就可以预测观测结果，所以我们就可以预测范围，多普勒和德尔塔应该是多少。利用这个模型，我们可以把它和我们实际测量的结果进行比较，看看它们是否比较，如果我们的轨道是正确的，它们是正确的。
克里斯-现在想想几百年后的科幻小说，当宇宙飞船在太阳系里飞驰时，我们的太阳系会有相当于GPS的东西吗?如果你在为未来的太阳系周围的宇航员设计导航系统，你会怎么设置它?
尼克:嗯，有各种各样的可能性，其中最有趣的是使用一种叫做脉冲星的天然GPS系统。脉冲星是中子星，是在恒星生命末期形成的恒星。从本质上讲，它们是非常非常精确的时钟。如果你有X射线探测器，你就能探测到这些时钟。本质上，因为这些脉冲星在各种不同的方向，但它们有非常清楚的位置，如果你在你的航天器上有一个合适的探测器，你可以使用这些自然物体作为一种GPS系统。这和GPS很相似，你测量到达时间，然后确定你的位置。最大的问题是探测器，所以为航天器设计一个探测器，可以探测到足够多的脉冲星，使其成为现实。但如果我们谈论的是一百年的时间，我相信这是有可能的。
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