Краткое содержание для тех, кто не осилит простыню
Допустим вы на космическом корабле вдали от Солнечной системы (её не видно в бортовые телескопы). Вам нужно вернуться на Землю. Топлива осталось мало, так что единственный вариант - ускорится, а потом дрейфовать по инерции (то есть существенно корректировать орбиту не получится, права на ошибку нет). Также у вас есть одноразовая (просыпаться каждый год и контролировать ситуацию не получится) криокамера с таймером. Начальный угол поворота и положение относительно Земли не известны. Но для упрощения задачи начальной скоростью принебречь (до меня дошло, что замерив расстояние до Земли через некоторый промежуток времени можно определить скорость). Нужно рассчитать угол поворота, запустить разгон и лечь в криокамеру. При этом поставить таймер, рассчитав сколько времени потребуется, если знать запасы топлива, параметры двигателей и расстояние до Земли.
Какие приборы и методы будете использовать, чтобы выжить? Да, можно подготовиться заранее (сделать какие-то замеры, находясь рядом с Землёй).
P.S.: Допустим, нам везёт и на пути не встретится и одного метеорита или планеты, которые повлияют на нашу траекторию. И топливо на торможение и посадку мы оставим.
Полное содержание
Чтобы что-то делать надо знать, где ты находишься и в какую сторону тебе надо, иначе мало что получится. Самый универсальный вариант - использовать инерциальную навигацию. Но погрешность будет неизбежно накапливаться, потому что идеальных сенсоров в природе не бывает. И значит если требуется бесперебойная работа в течении многих лет (а то и десятков), то она не подходит в качестве единственного источника координат. Нужны какие-то глобальные привязки.
На поверхности планеты это легко себе представить. Вбить колышки, на них повесить радиопередатчики, принимать их сигналы и производить триангуляцию. Колышки никуда не убегут (если не считать какие-то природные катаклизмы), поэтому можно считать их координаты за абсолют. В качестве развития идеи на орбиту выводятся спутники и история повторяется, но более глобально. Тут тоже всё понятно.
Но в открытом космосе такая методика не прокатит, потому что не получится заставить весь космос своими спутниками (особенно за пределами орбит планет). К тому же в космосе нет ни одной неподвижной точки, все небесные тела постоянно движутся, причём с разными скоростями. А некоторые ещё и вертятся или имеют нестабильную орбиту. Совершенно не ясно к чему привязываться, нельзя ткнуть пальцем и сказать «тут точка отсчёта». Конечно, можно посчитать точкой отсчёт Землю, но она может быть слишком далеко, чтобы её было видно. К тому на большом расстоянии определить положение относительно неё всё равно нормально не получится.
Ориентироваться по звёздам? На Земле каждая её точка смотрит в свою сторону неба, но в космосе нет неба, нет верха и низа. И я уверен, что сдвиг в открытом космосе вдали от планет на пару миллионов километров не изменит картину звёздного неба так, чтобы это было заметно оборудованием (хотя углы определять можно, да).
Так как же ориентироваться? Как сейчас ориентируются космические аппараты, например Розетта. Как в будущем будут ориентироваться люди, когда пилотируемые корабли смогут покинуть границы Солнечной системы?
Хотя бы просто решить такую задачу: улететь очень далеко от Солнечной системы, чтобы она стала неразличима, затем развернуться на 180 градусов и вернуться. Полёт займёт десятки лет, так что все ИНС накопят такие ошибки, что корабль пролетит мимо дома.
