​看看探测器是如何在火星着陆的（探测器跨越几亿公里抵达火星）

看看探测器是如何在火星着陆的（探测器跨越几亿公里抵达火星）

在空旷的太空中，探测器为什么不会迷路，而能准确降落到某个星球表面的指定地点呢？

以太阳系为例，太阳系虽然有太阳和八大行星，但其实它们的体积加起来其实只能占据太阳系的约2%，在太阳系以外更不用多说，“太空”二字，名副其实。

神舟十二号拍下的地球和其他星体

而且，和我们在地面上有“地图”不同，在太空中飞行可是全三维的“空图”，而且太空中的各种障碍物、卫星还在移动，跨越的难度恐怕都能做成一款游戏了。

那么，那些探测器是如何做到如此“智能”，精准抵达几亿公里以外目标的呢？人类究竟有什么秘密武器？

从旅行者1号开始的太空导航之谜

世界上最早的无人外太阳系空间探测器是美国的旅行者1号，它背负着探测木星的任务，于1977年发射升空，并在1979年成功抵达木星中心349000公里的最近点，获得了关于木星的卫星、环、磁场、辐射带等等重要情报。

在木星拜访完以后，旅行者1号继续出发，前往土星，并在成功抵达最近点后带回了关于土星的情报，人们因此测得土星的自转周期和星球构成。

旅行者1号

目前，旅行者一号仍然在距离太阳2.24×10^10公里以外的位置继续探索，是迄今为止距离地球最远的人造物体。

这之后，美国又派出了旅行者2号，苏联也发送了许多探测器到月球、金星、火星。这之后，日本、欧洲、中国、印度也陆续加入了遥远天体探测的行列当中。

说到它们是怎么找到路的，其实也离不开咱们地球上的导航方式。我们平时要去一个地方，要么依赖自己记忆当中的路线，要么是依靠手机上的导航记录，再不济也以显眼的建筑物为标志，甚至是问路。

而这些方式离不开这几项：当前位置、目的地、以及最优路径计算。太空导航也是这个道理，我们一个一个来说。

地图导航三要素，在太空也适用

当前位置，也就是太空中的探测器如何确认自己的位置。在这一点上，最实用的方法比大家想得要原始很多，那就是航海和测绘中会用到的六分仪。

六分仪长成扇状外形，包含一个小望远镜，一个地平镜和一个指标镜，使用时紧贴眼眶，以太阳和其他显眼星体为参照物。

通过转动指标镜，使得这个天梯和通海平面或地平面重合，再读出指标镜上的高度角，立即就能够简易得出自己当前所属的经纬度。经过了多年的发展，它现在的误差不会超过前不会超过0.2°，后不会超过1°。

虽然现在已经有了各种无线电定位和卫星定位，但它依然是船员们最可靠的帮手。而太空的浩瀚和大海的广阔其实非常相似，六分仪只需要稍加改造就可以在太空中同样运用，这时候也只需要锁定一颗显眼的星体作为参照物，就可以大致知晓自己的位置所在了。

除了六分仪，能了解自身位置的还有一个东西叫作恒星敏感器，我国天问一号上面也装载了我们自主研发的光学敏感器，它分为光学导航和红外导航两种，能远距离成像，并测定至少两颗恒星的数据，从而在广阔的太空中建立一个三轴参照物，从而定下自身的位置。

那么，自身所处的位置知道了，那下一步就是目的地了。

我们在手机上使用地图的时候，往往只需要输入目的地，它就会自动跳出距离XX千米的字样，并且为我们选出一条最佳路线来。

在太空中也能这样“输入”目的地吗？答案是可以的。而这些工作，早在几百年前的物理科学家当中就做出来了，方法也很多样。

雷达波法

类似于蝙蝠在洞穴里测定距离的方法，向天体发射雷达波，并记录雷达波反射回来的时间，从而确定天体之间的距离。原理和操作都很简单，精度最高可以达到厘米级，但只适用于太阳系内的天体；

雷达发现目标画面

造父变星法

造父变星是变形的一种，它的另一个称呼我们比较熟悉——脉冲变星。

脉冲星和脉冲变星就像我们宇宙探索中免费的“灯塔”，不过和普通脉冲星不同的地方在于，它的亮度会随时间发生周期性变化，通过测定它的亮度和变化周期，可以确定目的地的相对距离，从而锁定位置，这种方法可以适用于几百万年光年以内的天体。

脉冲变星

哈勃定律法

哈勃定律概括起来就是一句话：星体在退行方向上的速度与它们和地球的距离成正比，也就是说只要测量该速度，就能立刻得出它们与地球的距离，这个方法在理论上是无敌的，可以适用于所有天体，唯一美中不足的就是精准度比较低，是万不得已时才会使用的方法。

现在，当前所在地和目的地的问题都解决了，就差一条最优路径了。这里有个疑问：既然知道了线段的两端，那么按照直线前行不就好了吗？

但迫于太空环境的复杂，我们其实是不能这样做的。原因有二：

其次，太空中充斥着各种未知的小星体和障碍物，以直线全速前进很可能会发生不测，简单来说，这些障碍物就相当于我们平时公路上的树啊、建筑物啊之类的，只不过它们甚至是运动的，比在地面上的环境还要严苛。

其次，地球和目的地的天体都有各自的运动规律，会导致飞行距离发生变化。以火星为例，它的公转周期是地球的1.9倍，因此导致了地球和火星距离的不稳定，最近只有5400万公里，最远却可以达到4亿公里。

4亿！如果真按这条路线走，恐怕还不等走到一半，我们的探测器就要熄火了，因此，发射的时候要进行缜密的路线规划，甚至还要挑个“良辰吉日”，否则下一次发射的机会可能就在几十、几百年以后了。

所以，探测器不仅要走安全的路，还要走近路。在这一点上，人类不仅要根据各个星球的情报规划路线，还可以借助星体的引力，旅行者1号就曾经乘上了木星的引力，像一个弹弓一样“弹射”到了土星的方向。之后土星的引力又使得它飞过了南极下方，离开黄道，前往更远的宇宙。

在这里，我们回顾完了现在所有的“秘密武器”，无非就是人类的智慧与科技，那么再来展望一下未来——我们的北斗是否有可能不仅作为地球上的导航，还能作为航天器的“灯塔”呢，如果不能，将来是否可能建立专门用于太空导航的卫星系统呢？不论如何，人类脚下通向太空的路途，终会变得越来越坚实，通向人类对宇宙探索的最终之门。

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