在太空中穿行的探测器，如何知道自己的位置和朝向？要想准确到达目的地，就要给它足够多、足够明确的参照物供它判断自己的位置、姿态和飞行方向。然而，这说起来容易却做起来难。

　　凝望家的方向才能奔向远方

　　以著名的旅行者2号探测器为例，它配备有太阳传感器和老人星跟踪器，时刻掌握着太阳和全天第二亮星老人星的方位。有这两颗星作参照，旅行者2号就能“倒退”着前行，去探索太阳系和广袤无垠的空间。

　　人们可能会问：为什么要跟踪第二亮星呢？为什么不选排名第一的天狼星？因为天狼星离黄道太近，光路容易受太阳方向的眩光干扰。老人星和太阳分得够开，所以是个理想的方位参照物。

　　在研制旅行者2号的时代，每段程序、每份内存都很宝贵，它判断“现在跟踪器里出现的是老人星”的方法还很原始，就是测量恒星亮度，并传回地球确认。

　　科学家让旅行者2号在80天内，不用定向发射的高增益天线，而用波束发散的低增益天线跟地球联络。这时探测器还没飞远，所以即使它不完全正对地球，双方交流也没有问题。

　　而在今天，人们则是把许多亮星的光谱数据存到探测器里，让它根据亮度和光谱自己做出判断。

　　有些恒星跟踪器制造商甚至把亮星们两两之间的角距离放入数据库，由于亮星位置很随机，因此每份距离数据都独一无二，非常可靠。例如跟踪器看到两颗亮星间隔27.1045°，到数据库里一查，立刻就能判断这是天狼星和参宿四，迅速锁定双方身份之后，再通过光谱测量或另找一颗星对照，就能辨认出谁是天狼星、谁是参宿四。

　　旅行者2号也曾迷路

　　那么，如果航天器在途中突然迷路了会怎样？可能部分是它们偏离轨道，渐行渐远直到丢失，而有些航天器则可以“抢救”一下。

　　前不久，在太空中飞行了46年的传奇探测器旅行者2号就险些“走丢”。美国宇航局朝旅行者2号发了一些指令，但里面有个漏洞，使它原本一直指向地球的天线偏转了2°。

　　这2°的角度偏差，会使它的信号波束中心偏离地球7亿千米——地球距离太阳才只有1.5亿千米。旅行者2号就此失联。地球上的科学家尝试着把它找回来。不久后，他们发现和旅行者2号联络的深空探测网还能嗅到一丝“我还活着”的载波信号。科学家使用深空探测网冲着旅行者2号的方向发出信号，这段信号击中了它。旅行者2号接收到信号，在发出指令37个小时后，地球重新收到了旅行者2号的正常信号，人们真把它找回来了。

　　假如这段信号没有击中旅行者2号，旅行者2号会不会永远丢失呢？其实寻回的可能性还是相当大，因为每隔一段时间，它就会自我修正一下姿态，把天线重新对准地球。

　　精细调整不可少

　　航天器知道自己在哪里很重要，能调整自己的姿态也很重要，假设一颗用来拍摄地球表面的卫星，不能及时感知自己被翻了个底朝天，那一切可就白费了。好在随着科技进步，太空定位和姿态感知技术逐渐成熟。

　　比如短期内航天器的航向、姿态或速度改变，可以使用陀螺仪和加速度计来检测。陀螺仪运用角动量守恒原理来感知方向的变化，加速度计则感知速度的变化。就像电影里被劫匪绑架的天才少年一样，蒙着眼也能知道车拐了几个弯（陀螺仪），等了几个灯（加速度计），事后还能带着警察径直摸到劫匪的老巢。

　　而前文提到的恒星方位，除了能让航天器知道自己在哪儿，也能让航天器知道自己目前的姿态。例如：哈勃深场是对着大熊座内一片只有2.6角分的天区拍摄342张图像之后合成的，开普勒望远镜则把视线锁定在天鹅座和天琴座之间。

　　对于地球附近飞行的通信卫星、气象卫星这些需要时刻面朝大地的航天器，它们每绕地球转一圈，自身也要“翻个跟斗”。除了通过跟踪恒星或使用陀螺仪获取姿态以外，还有一些低成本的可靠办法。比如红外地平仪，通过将地球大气层的红外辐射与冰冷太空进行对比，就能迅速感知地球的圆形轮廓，圆心就是航天器正下方的大地。

　　人们可能对恒星跟踪还有疑问：恒星分布在三维空间里，而不是固定在一个球面上。就算是在球面上，随着航天器在太空飞速疾驰，恒星的位置怎么可能不变呢？怎么可以放到数据库里查阅呢？

　　这是因为恒星都离我们太远了，就连离我们最近的比邻星都有4.22光年之遥。旅行者2号奋力飞了46年，刚刚飞到比邻星距离的二千分之一。在航天器眼里，除了太阳以外，恒星位置几乎都没动过。

　　但假如我们的航天器能一直飞下去，随着星际间的穿行，我们眼中的恒星位置就会逐渐改变，平时熟悉的星座也会走样，现有的姿态感知方法就失效了。

　　当然，有两个解决方法。一是改用更加遥远的星系作参考，它们距离我们几千万光年，所以更加稳定。二是使用恒星的更多信息，不但有方位，还有距离、自行速度等，这样航天器就可以计算出自己到达某一位置时，参考恒星的方位变化。做到这一点，需要我们把恒星距离测得非常准确。