在我們學會正確的在海洋中航行之前，早期的探險者害怕看不見陸地，因為會迷失方向，他們學會利用水流、風、鳥類的運動，當然還有太陽、月亮和星星的位置，找到他們穿越海洋到達遙遠的地方。同樣當我們學會將太空飛行器發射到軌道和太陽系外，任務規劃者需要開發全新的導航方法，接下來將討論太空導航的工作原理。
登月任務是如何精確地找到它們的方向的，現在又是怎麼做的？對於太空導航的未來，有哪些聰明的想法？
在進入太空導航之前，我們先來談一談地球上的常規導航。你的手機導航系統無非是全球定位GPS，這是一個環繞地球的衛星系統，軌道高度約為20000公裡。你的手機能連接到衛星廣播的位置和當前時間，通過這些信號，你的手機可以計算出你目前在地球上的位置。
在GPS出現之前，導航要困難的多，幾個世紀以來主要的方法是用星星作為嚮導天體來導航。想像一下，太空中的地球在它周圍有很多其他的星球，在任何時刻都有一顆恆星從地球的任何上空部分飛過。如果地球沒有轉動，而你想去地球上的某個地方，你所要做的就是直走，直到那顆恆星在你的正上方。
當然地球在轉，所以問題更加棘手，你需要知道確切的時間並且能測量到不同恆星的角度，你才能計算出你在地球上的位置。早期航行的水手們使用一種叫做六分儀的工具，它可以讓你測量恆星和地平線之間的角度。對於你的南北航行或者緯度，你所需要做的就是測量北極星的角度，當北極星在正上方時你在北極，當北極在地平線上時你在赤道，你去南極的時候也有類似的情況。
但是要測量經度就是東西方向比較困難，當地球轉動時，中午12點的情況，每時每刻都在地球上不同的地方，因為時區的不同。當然學習天文導航，並不是那麼困難，而且一旦你學會了它，實際上是相當有趣的。如果你在沒有GPS的情況下，被困你就有辦法找到方向，現在海上駕駛你的船了。
接下來我們說一說太空的導航。飛船的導航主要在地面上進行，地球上的無線電接收器可以檢測太空飛行器的位置和速度，如果需要進入新的軌道，上傳命令即可。但是一旦離開地球，事情就變得更加複雜。
為了阿波羅登月任務，NASA開發了阿波羅指導計算機，這是一臺比現在桌上型電腦稍大的計算機。指令艙裡有一個，登月艙裡有一個。這次任務大部分導航都是在地球上的任務控制中心完成的，在地面一直在跟蹤阿波羅飛船的位置和軌道，但是作為備份，太空人會使用太空六分儀比較恆星的位置與地球和月球的地平線，確保從地球完成的導航計算是正確的。太空人可以輸入導航信息，比如恆星的位置，然後計算軌跡和操縱角度。令人驚訝的是那些飛往月球的太空人使用的導航工具，與地球上的水手們幾個世紀以來使用的導航工具的原理並無兩樣。即使在太空，也只是依靠幾何而已。
但是如果想深入太陽系呢？為了正確的穿越太陽系，你需要知道宇宙飛船在哪裡？你在哪裡？有一個精確的太陽系地圖，並且知道你的宇宙飛船要去哪裡？
NASA的太空飛行器使用深空網絡（DNS），這是一個巨大的無線電天線陣列定位系統，分布在世界各地，美國的加州、西班牙的馬德裡和澳大利亞的坎培拉。有了這三個主要站點，NASA就可以與太陽系內任何探測器進行通訊。當地球自轉時，一個天線的接收範圍消失，則另一個天線仍能接收信號。
除了向太空飛行器發送指令、檢索數據和照片外，深空網絡的天線還有助於導航，當信號到達探測器時，就會發生頻率偏移，然後計算機就可以根據這個頻率偏移以及信號返回軌道所需的時間，計算出飛船的速度和距離。通過將它的位置與太空中的恆星的靜態地圖進行比較，天文學家計算出它的位置和速度，他們做的測量越多，計算就越精確卻。然後他們可以將這些測量結果與太陽系中所有天體的軌道地圖進行比較，從而以驚人的精確度，得知宇宙飛船的位置。
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那麼問題來了：指南針在月球會有用嗎？歡迎展開你的腦洞，期待的答覆