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    北斗之外,我們還能如何導航?

    提起導航,大腦中第一時間彈出的就是我國的北斗衛星導航系統,這是當下最為靠譜的導航方式,具體有多靠譜這里就不細說了,感興趣的可以去翻翻之前的文章??赡苡腥藭?,導航非得靠衛星嗎?

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    圖源丨中國航天報


    事實上,導航方式的多樣式遠超你我的想象,除了衛星導航以外,還有傳統的“夜觀星象”到現在玄乎的“脈沖星”導航等等各式各樣的導航方式......

    實際上,就說我們的大腦,本身就自帶一個導航系統,也就是我們常說的“方向感”。換句話說,我們敏銳的空間方位記憶能力,便是我們大腦里的導航系統的幫助。然而,并不是嗎,每個人的“方向感”都如此的優秀,于是從古到今,便出現了各式各樣輔助導航和定位的工具。

    觀星象--北斗七星

    毫無疑問,這是我們認知中最早投入使用的導航方法。

    北斗七星是北天夜空中最顯眼的星群之一,在夜空中辨識度很高。因為有歲差的存在,因此不同時代利用北斗七星找方向的方法略有不同,但難度不大。只要找到“北”,那么你基本的方向感就有了。


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    圖源丨百度百科

    磁羅盤

    北斗七星容易找,但是劣勢也很明顯。主要就是只能夜晚觀星使用,而且還只是大概的方位,遇上多云的天氣就只能原地待命。

    因此,在航海時代,出現了一個磁羅盤的工具--利用天然磁石在地磁場影響下的指向性作導航。航海家們可以用它實時了解自己的航行方向,只要測出船速,再測出航行的時間,就可以計算出自己的新位置。

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    利用這個工具,航海家們可以擺脫以往只能依靠靠近海岸線的地方航行,觀察岸上事先選定的標志物的方位,據此了解自身的位置和運動方向的無奈情況。

    當然,在后續的時間,還出現了月距法、鐘表法等等利用高精度航海鐘以及月亮的導航方法,這里詳細寫出,感興趣的朋友可以自行搜索。

    無線電導航

    1903年,飛機問世。這種可在空中高速運動的機器給人們帶來新鮮刺激的挑戰,也給導航帶來了新的問題。最早的時候,飛行員與航海家一樣,通過地標確認自己的飛行軌跡進行導航,但這種方法限制很明顯,因此出現了一種當時新的導航方式:無線電導航。

    早在19世紀末,人類就開始嘗試利用電磁波進行無線通信。到20世紀20年代,大功率無線電電臺得到了廣泛的應用。而無線電廣播信號發射源可以給飛行員指示必要的方向。到了1932年,專用的無線電羅盤已經設計并安裝在飛機上了,它能夠測量無線電臺(無線電信標)相對飛機的方位角,綜合多個電臺的方位角就可以在航空地圖上標出飛機的位置了。

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    隨著航空無線電技術的發展,在第二次世界大戰前后,出現了第一代專用無線電導航系統:伏爾導航系統(VHF Omnidirectional Range,VOR),到1950年這一系統被規定為國際標準民用導航系統。它的出現把無線電導航臺所用的頻率和工作方式進行了標準化。

    發展到這里,無線電導航從航空領域延伸到了航海領域,出現了臺卡導航系統、羅蘭導航系統和歐米伽導航系統等等用于航海的無線電導航系統。當然,我國也根據當時的形勢,逐步開始研制長河一號、長河二號、長河三號、長河四號長波導航系統。

    而通過成功研制這些無線電導航系統,也為我國日后開展衛星導航工作打下了堅實的基礎。不僅如此,長河二號導航臺經過改造,還可以配合我國的導航衛星系統進行差分增強,可以大幅度提高定位的精確度。

    慣性導航

    熟悉軍事的朋友都知道,大部分彈道導彈都采用慣性導航,或者是以慣性導航為主。慣性導航的原理是使用兩個陀螺儀時刻檢測導彈的飛行方向,同時用一個加速度計時刻測量導彈的加速度,然后就可以計算出導彈相對于出發地的速度和運動軌跡。

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    由于慣性導航不依賴外界信息輸入,抗干擾性能優越。但是,隨著時間的推移,累積誤差會越來越大。因此現代彈道導彈會用別的導航方式來修正或輔助慣性導航,比如我們的北斗導航系統。

    脈沖星導航

    這是用于宇宙導航的未來導航方式,是目前最有希望實現的深空或星際航行導航技術。

    2016年11月10日,中國空間技術研究院利用長征11號運載火箭發射了人類歷史上第一顆“脈沖星導航試驗衛星”,之后又利用我國第一顆X射線天文衛星“慧眼”進行了相關的研究。2018年,美國國家航空宇航局(NASA)也宣布利用國際空間站上搭載的設備進行了首次實時的在軌脈沖星自主導航試驗。


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    圖源丨百度百科

    脈沖星導航,利用的正是脈沖星。據了解,已發現的脈沖星已經超過2000顆,這些脈沖星如同宇宙中的燈塔,在宇宙中通過測量脈沖星輻射到達的時間,可計算出飛船相對于脈沖星的距離,從而得到一個方程式,解決探測器在太空中的導航難題。

    從北斗七星開始,到北斗導航系統再到未來的脈沖星,我們從利用星象到未來再次利用星象,看似是一個循環,然而這預示著我們的技術的探索以及對技術的突破。



                      

    本文轉自 今日北斗

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