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北斗之外,我们还能如何导航?

提起导航,大脑中第一时间弹出的就是我国的北斗卫星导航系统,这是当下最为靠谱的导航方式,具体有多靠谱这里就不细说了,感兴趣的可以去翻翻之前的文章。可能有人会问,导航非得靠卫星吗?

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图源丨中国航天报


事实上,导航方式的多样式远超你我的想象,除了卫星导航以外,还有传统的“夜观星象”到现在玄乎的“脉冲星”导航等等各式各样的导航方式......

实际上,就说我们的大脑,本身就自带一个导航系统,也就是我们常说的“方向感”。换句话说,我们敏锐的空间方位记忆能力,便是我们大脑里的导航系统的帮助。然而,并不是吗,每个人的“方向感”都如此的优秀,于是从古到今,便出现了各式各样辅助导航和定位的工具。

观星象--北斗七星

毫无疑问,这是我们认知中最早投入使用的导航方法。

北斗七星是北天夜空中最显眼的星群之一,在夜空中辨识度很高。因为有岁差的存在,因此不同时代利用北斗七星找方向的方法略有不同,但难度不大。只要找到“北”,那么你基本的方向感就有了。


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图源丨百度百科

磁罗盘

北斗七星容易找,但是劣势也很明显。主要就是只能夜晚观星使用,而且还只是大概的方位,遇上多云的天气就只能原地待命。

因此,在航海时代,出现了一个磁罗盘的工具--利用天然磁石在地磁场影响下的指向性作导航。航海家们可以用它实时了解自己的航行方向,只要测出船速,再测出航行的时间,就可以计算出自己的新位置。

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利用这个工具,航海家们可以摆脱以往只能依靠靠近海岸线的地方航行,观察岸上事先选定的标志物的方位,据此了解自身的位置和运动方向的无奈情况。

当然,在后续的时间,还出现了月距法、钟表法等等利用高精度航海钟以及月亮的导航方法,这里详细写出,感兴趣的朋友可以自行搜索。

无线电导航

1903年,飞机问世。这种可在空中高速运动的机器给人们带来新鲜刺激的挑战,也给导航带来了新的问题。最早的时候,飞行员与航海家一样,通过地标确认自己的飞行轨迹进行导航,但这种方法限制很明显,因此出现了一种当时新的导航方式:无线电导航。

早在19世纪末,人类就开始尝试利用电磁波进行无线通信。到20世纪20年代,大功率无线电电台得到了广泛的应用。而无线电广播信号发射源可以给飞行员指示必要的方向。到了1932年,专用的无线电罗盘已经设计并安装在飞机上了,它能够测量无线电台(无线电信标)相对飞机的方位角,综合多个电台的方位角就可以在航空地图上标出飞机的位置了。

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随着航空无线电技术的发展,在第二次世界大战前后,出现了第一代专用无线电导航系统:伏尔导航系统(VHF Omnidirectional Range,VOR),到1950年这一系统被规定为国际标准民用导航系统。它的出现把无线电导航台所用的频率和工作方式进行了标准化。

发展到这里,无线电导航从航空领域延伸到了航海领域,出现了台卡导航系统、罗兰导航系统和欧米伽导航系统等等用于航海的无线电导航系统。当然,我国也根据当时的形势,逐步开始研制长河一号、长河二号、长河三号、长河四号长波导航系统。

而通过成功研制这些无线电导航系统,也为我国日后开展卫星导航工作打下了坚实的基础。不仅如此,长河二号导航台经过改造,还可以配合我国的导航卫星系统进行差分增强,可以大幅度提高定位的精确度。

惯性导航

熟悉军事的朋友都知道,大部分弹道导弹都采用惯性导航,或者是以惯性导航为主。惯性导航的原理是使用两个陀螺仪时刻检测导弹的飞行方向,同时用一个加速度计时刻测量导弹的加速度,然后就可以计算出导弹相对于出发地的速度和运动轨迹。

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由于惯性导航不依赖外界信息输入,抗干扰性能优越。但是,随着时间的推移,累积误差会越来越大。因此现代弹道导弹会用别的导航方式来修正或辅助惯性导航,比如我们的北斗导航系统。

脉冲星导航

这是用于宇宙导航的未来导航方式,是目前最有希望实现的深空或星际航行导航技术。

2016年11月10日,中国空间技术研究院利用长征11号运载火箭发射了人类历史上第一颗“脉冲星导航试验卫星”,之后又利用我国第一颗X射线天文卫星“慧眼”进行了相关的研究。2018年,美国国家航空宇航局(NASA)也宣布利用国际空间站上搭载的设备进行了首次实时的在轨脉冲星自主导航试验。


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图源丨百度百科

脉冲星导航,利用的正是脉冲星。据了解,已发现的脉冲星已经超过2000颗,这些脉冲星如同宇宙中的灯塔,在宇宙中通过测量脉冲星辐射到达的时间,可计算出飞船相对于脉冲星的距离,从而得到一个方程式,解决探测器在太空中的导航难题。

从北斗七星开始,到北斗导航系统再到未来的脉冲星,我们从利用星象到未来再次利用星象,看似是一个循环,然而这预示着我们的技术的探索以及对技术的突破。



                  

本文转自 今日北斗

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