流浪地球中，吳京駕駛的飛船是咋導(dǎo)航的？影片沒(méi)有介紹，感覺(jué)空間站就是一路尾隨地球在跑，太空中飛船的穿越導(dǎo)航問(wèn)題是重中之重，流浪的地球也要有方向，要不然“流浪地球”就成了“星際迷航”。導(dǎo)航對(duì)于生活在地球上的我們是無(wú)處不在的。下載到手機(jī)里的一個(gè)地圖APP就能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，其實(shí)各種手機(jī)里的“地圖”導(dǎo)航其實(shí)質(zhì)就是利用人造地球衛(wèi)星的手段實(shí)現(xiàn)對(duì)地導(dǎo)航定位，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，接收機(jī)測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，構(gòu)建四個(gè)方程，解方程組就得到接收機(jī)位置。 

 

衛(wèi)星定位原理圖（自制） 

　　誰(shuí)來(lái)為航天器導(dǎo)航？ 

　　    但是航天器在太空中又該如何導(dǎo)航呢？脈沖星！ 


脈沖星燈塔模型（來(lái)源：https://wx.abbao.cn/a/3607-f1e14318bff23304.html） 

　　  

　　1.深空探測(cè)網(wǎng) 

　　   空間飛行器，如嫦娥四號(hào)月球探測(cè)器，主要依賴建立地面的深空探測(cè)網(wǎng)，如美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)用陣列操作中心遙控10架射電望遠(yuǎn)鏡組成陣列，這個(gè)陣列是全世界最大的天文超長(zhǎng)基線干涉測(cè)量?jī)x器，名叫：超長(zhǎng)基線陣列（VLBA）。據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，美國(guó)科學(xué)家就是利用該手段精確確定土星方位，精度在4公里以內(nèi)。就是通過(guò)觀測(cè)，人類對(duì)土星軌道有了更多的了解，為深空航天器在太空中飛行提供更理想的導(dǎo)航服務(wù)。 


嫦娥四號(hào)探月任務(wù)示意圖（來(lái)源：http://hqck.net/arc/jwjs/zgjs/2017/0607/237419.html） 


美國(guó)超長(zhǎng)基線陣列示意圖（來(lái)源：https://lt.cjdby.net/thread-2007335-1-1.html） 

　　而在影片流浪地球的最后，地球一直持續(xù)流浪，空間站要一路尾隨，如何實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航？如果地球飛出了太陽(yáng)系,飛出了銀河系怎么辦？又如何在星際穿越間導(dǎo)航？“脈沖星”提供了可能！ 

　　2.脈沖星導(dǎo)航 

　　航天飛行器需要導(dǎo)航，現(xiàn)實(shí)中飛行器的運(yùn)行軌道其實(shí)都是預(yù)先計(jì)算好的，既然是流浪，就不可能事先計(jì)算好軌道，而且進(jìn)入太空之后，實(shí)際運(yùn)行受很多復(fù)雜因素的影響，可能會(huì)偏離事先設(shè)計(jì)的狀態(tài)，需要實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。而進(jìn)行調(diào)整的前提，就是通過(guò)導(dǎo)航系統(tǒng)，確定飛行器真實(shí)的位置、運(yùn)動(dòng)方向和速度等參數(shù)。脈沖星輻射的X射線信號(hào)恰恰能夠?yàn)楹教炱魈峁┳灾鲗?dǎo)航信息，就能成為宇宙中航行的燈塔。 


流浪地球空間站（來(lái)源 

　　http://k.sina.com.cn/article_1808670265_6bce1e3902700gjh9.html） 

　　X射線脈沖星是在X射線頻段上輻射信號(hào)的脈沖星，X射線屬于高能光子，集中了脈沖星絕大部分能量，可以作為天然信標(biāo)。航天器自主確定軌道、時(shí)間以及姿態(tài)參數(shù)，并引導(dǎo)航天器沿著設(shè)計(jì)的軌道飛向目標(biāo)軌道或目標(biāo)天體的過(guò)程叫做X射線脈沖星導(dǎo)航(XPNAV)。脈沖星導(dǎo)航實(shí)際上是針對(duì)航天器的自主導(dǎo)航，能夠?yàn)橛钪骘w行的航天器以及無(wú)稠密大氣的行星表面巡游提供導(dǎo)航服務(wù)，而不能直接為地面用戶提供服務(wù)，所以，脈沖星是為宇宙航行服務(wù)的。 

　　3.脈沖星導(dǎo)航服務(wù)與深空探測(cè) 

　　國(guó)外積極開(kāi)展深空探測(cè)任務(wù)，如美國(guó)的旅行者號(hào)已到達(dá)太陽(yáng)系邊緣，日本隼鳥(niǎo)號(hào)采樣了小行星的實(shí)物樣本，俄羅斯的探測(cè)器已經(jīng)探測(cè)過(guò)月球、金星和火星，歐洲發(fā)射了10余個(gè)探測(cè)器最遠(yuǎn)探測(cè)到土星和彗星、甚至印度都發(fā)射了火星探測(cè)器。反觀我國(guó)，在深空探測(cè)領(lǐng)域尚處起步階段。我國(guó)自2003年開(kāi)始了嫦娥計(jì)劃，開(kāi)始了我國(guó)深空探測(cè)的嘗試，僅僅實(shí)現(xiàn)了月球探測(cè)，嚴(yán)重落后于美國(guó)、俄羅斯、歐洲及亞洲鄰國(guó)。目前我國(guó)深空導(dǎo)航主要依賴傳統(tǒng)的統(tǒng)一S波段測(cè)控（USB）系統(tǒng)和中科院甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量（very long baseline interferometer，VLBI）深空探測(cè)系統(tǒng)。由于受我國(guó)地域環(huán)境限制，VLBI站的部署無(wú)法做到全球布站。隨著我國(guó)深空探測(cè)的腳步加快，深空飛行的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，對(duì)深空探測(cè)器的導(dǎo)航精度提出了更高的要求。 

　　脈沖星導(dǎo)航是國(guó)際公認(rèn)的深空導(dǎo)航的有效手段之一，其優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)航精度不隨深空飛行距離的增加而下降。及時(shí)規(guī)劃脈沖星觀測(cè)和開(kāi)展脈沖星導(dǎo)航技術(shù)實(shí)驗(yàn)，可以支撐我國(guó)后續(xù)深空探測(cè)和空間技術(shù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，進(jìn)而為我國(guó)深空探測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐。 

　　脈沖星導(dǎo)航的原理 

　　脈沖星距離地球有上千光年的距離，廣泛地分布在銀河系的各個(gè)方向。飛船離某顆脈沖星越近，接收到它的脈沖信號(hào)的時(shí)間就會(huì)越提前。相反地，飛船離某顆脈沖星越遠(yuǎn)，脈沖信號(hào)的到達(dá)時(shí)間就會(huì)被推遲，據(jù)此人們可以計(jì)算出飛船相對(duì)于脈沖星的位置。與此同時(shí)，當(dāng)飛船向著某顆脈沖星飛行時(shí)，由于多普勒效應(yīng)，波在波源移向觀察者時(shí)接收頻率變高，而在波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低，飛船觀測(cè)到的脈沖星發(fā)出脈沖的間隔將由于多普勒效應(yīng)而減小；當(dāng)飛船背離某顆脈沖星飛行時(shí)，飛船觀測(cè)到的這顆脈沖星發(fā)出的脈沖間隔就會(huì)增加。 

脈沖星對(duì)飛行器的定軌示意（來(lái)源：http://www.cannews.com.cn/2016/1205/161334.shtml） 

　　與衛(wèi)星導(dǎo)航類似，以同一個(gè)脈沖信號(hào)到達(dá)太陽(yáng)系質(zhì)心的時(shí)間與到達(dá)航天器的時(shí)間差為觀測(cè)量，構(gòu)造X射線脈沖星導(dǎo)航測(cè)量方程；該方程有4個(gè)未知數(shù)，包括3個(gè)位置坐標(biāo)分量和1個(gè)時(shí)鐘偏差量；通過(guò)同時(shí)探測(cè)4顆脈沖星，或每個(gè)弧段觀測(cè)1顆脈沖星并結(jié)合航天器軌道動(dòng)力學(xué)模型，求解4個(gè)未知數(shù)，實(shí)現(xiàn)航天器自主導(dǎo)航，以此實(shí)現(xiàn)飛船自身的定位和導(dǎo)航。 

脈沖星導(dǎo)航示意圖（來(lái)源：http://www.newhua.com/2012/0330/153000.shtml） 

　　脈沖星導(dǎo)航的未來(lái)       

　　脈沖星導(dǎo)航在我國(guó)得到了科學(xué)驗(yàn)證，中科院高能物理所專家利用天宮二號(hào)上的伽瑪射線暴偏振探測(cè)器（POLAR）對(duì)蟹狀星云脈沖星1個(gè)月的探測(cè)數(shù)據(jù)，完成了我國(guó)首次脈沖星導(dǎo)航空間實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了對(duì)天宮二號(hào)的定軌，從而驗(yàn)證了脈沖星導(dǎo)航的可行性。 

　　2016年11月10日，我國(guó)發(fā)射了脈沖星導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(XPNAV-1)，開(kāi)展X射線脈沖星在軌觀測(cè)，驗(yàn)證X射線脈沖星導(dǎo)航相關(guān)技術(shù)。 

　　2017年6月15日，我國(guó)發(fā)射了硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（HXMT）衛(wèi)星，正在深入研究Crab等脈沖星的計(jì)時(shí)特征，進(jìn)一步理解脈沖星導(dǎo)航的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，探索如何進(jìn)一步提高脈沖星導(dǎo)航精度，以期最終獲得具有實(shí)用價(jià)值的脈沖星導(dǎo)航技術(shù) 

（圖片來(lái)源：新華網(wǎng)） 

　　  也許，我們的地球不一定會(huì)去流浪，但是脈沖星可能是未來(lái)人類追尋宇宙奧秘的一座燈塔，為人類的太空探索之路“導(dǎo)航“！？？？ 

　　  

　　參考文獻(xiàn)： 

　　帥平丨《脈沖星 宇宙航行的燈塔》 

　　鄭偉 王奕迪 湯建國(guó) 劉利丨《X射線脈沖星導(dǎo)航理論與應(yīng)用》 

　　天宮二號(hào)取得伽馬暴最佳偏振觀測(cè)結(jié)果 人民網(wǎng) 

　　我國(guó)11月將發(fā)射全球首顆脈沖星導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星 人民網(wǎng) 

　　脈沖星導(dǎo)航，這事兒靠譜嗎？中科院物理所官微 

　　本文得到了中科院空天信息研究院高級(jí)工程師 鄧平科的指導(dǎo) 

脈沖星導(dǎo)航——地球流浪途中的指路燈

圖文簡(jiǎn)介

摘要：X射線脈沖星是在X射線頻段上輻射信號(hào)的脈沖星，X射線屬于高能光子，集中了脈沖星絕大部分能量，可以作為天然信標(biāo)。航天器自主確定軌道、時(shí)間以及姿態(tài)參數(shù)，并引導(dǎo)航天器沿著設(shè)計(jì)的軌道飛向目標(biāo)軌道或目標(biāo)天體的過(guò)程叫做X射線脈沖星導(dǎo)航(XPNAV)。脈沖星導(dǎo)航實(shí)際上是針對(duì)航天器的自主導(dǎo)航，能夠?yàn)橛钪骘w行的航天器以及無(wú)稠密大氣的行星表面巡游提供導(dǎo)航服務(wù)，而不能直接為地面用戶提供服務(wù)，所以，脈沖星是為宇宙航行服務(wù)的。