NASA 新視野號首次成功實驗深空恆星導航

雖然太空船能藉恆星辨識方位，但要準確掌握離開地球多遠、行經何處，通常仍需仰賴地面以電波精密追蹤。不過 NASA 新視野號（New Horizons）團隊成員利用這艘距地超過 88 億公里的探測船，成功示範僅用星野影像即可判定方向與位置的導航法。

太空船越深入太空，從其所見恆星位置會開始偏離地球看到的位置。一艘航行至銀河系深處的太空船可藉這種視差效應產生的偏移，來定位自己相對鄰近恆星的位置。新視野號已飛行至夠遙遠的距離，首次真實示範星際導航的可行性。

自2006年發射，新視野號飛越冥王星與古柏帶天體Arrokoth，並在十年間逐步脫離太陽系，進入星際空間。2020年，新視野號科學團隊同時從地球與太空觀測拍攝鄰近恆星比鄰星（Proxima Centauri，距離地球4.2光年）與沃夫359（Wolf 359，距離7.86光年）周圍星野。實驗生動呈現新視野號從內太陽系飛往外太陽系時的視角變化。

▲ 2020年，新視野號科學團隊同時從新視野號與地球拍攝了鄰近恆星比鄰星周圍的星野影像。對這些影像中兩顆恆星精確位置的進一步分析，讓團隊成功推算出新視野號相對於鄰近恆星的3D空間位置。（Source：NASA / Johns Hopkins APL / SwRI）

2020年影像兩顆恆星精確位置更進一步分析，新視野號團隊成員成功推算出新視野號相對鄰近恆星的3D位置，精度達約660萬公里。本次星際導航示範的定位精度受限於長距離偵察相機（LORRI）角解析度，原設計並非為高精度星位測量用途。據星空影像估算的新視野號距離為地日距離約47.1倍，與深空網路（Deep Space Network，DSN）追蹤所得46.9倍相差不大，天空方向誤差也僅略小於滿月大小區域。未來若有搭載高解析導航相機的深空任務，使用相同技術應能大幅提升定位精度。

▲ 2020年4月23日，新視野號根據自身拍攝比鄰星與沃夫359星野影像，推算出的位置。從新視野號所見，比鄰星與沃夫359的視位置相較地球所見位置明顯偏移，這種現象源自「視差效應」。新視野號所見比鄰星位置，顯示它必定位於紅線某處；沃夫359所見位置，則對應藍線某點。這兩條線的「交會處」指出新視野號的估計位置。（3D空間這兩條線並不真正相交，但非常接近。）圖中白線為新視野號2006年發射以來，據NASA深空網路（Deep Space Network，DSN）追蹤的精確軌跡。軌道標記點表示發射年份。亦標示木星、土星、天王星、海王星與冥王星軌道。距離單位為AU。（Source：NASA / Johns Hopkins APL / SwRI / Matthew Wallace）

目前包括新視野號等多數行星際探測器，皆由NASA深空網路負責追蹤，由多座電波望遠鏡組成。科學家計算無線電訊號往返所需時間，能以極高精度計算探測器與地球間的距離。若同時由地球兩側的DNS觀測，亦可得知探測器方向。新視野號這項開創性導航實驗證明深空任務能利用搭載的成像系統自行導航，雖然這項技術尚不及NASA地面無線電追蹤精度，但對未來深入太陽系邊陲或前往星際空間任務，都有極高實用價值。