没有准确的计时，太空导航将是不可能的。不管是登陆月球还是火星，精确的时间测量是任务成功的关键。

为了计算航天器在太阳系中的位置，必须测量以光速传播的电磁波在航天器和已知位置之间流动所需的时间，如地球上的无线电信号。因为距离等于速度乘以时间，地面站和航天器之间的距离是传输在它们之间流动所需的时间乘以光速。

通过将该时间乘以光速，我们才知道航天器与地面站之间的距离，距离等于速度乘以时间。在一段时间内，可以收集足够的这些时间测量值，转换为距离，以准确计算航天器的位置和飞行的位置。

如果没有令人难以置信的计时精度，这些计算可能会非常不准确。幸运的是，原子钟提供了所需的准确性。可以戴在手腕上的现代机械表每天可以误差大约三秒钟。使用的原子钟阵列，即主时钟，每天仅偏离100皮秒（0.000 000 000 1秒）。

原子钟观察被困在其中的原子的超稳定振荡。大型天文台，他们依靠数十个铯和氢脉泽钟。全球导航卫星系统（GNSS），例如GPS和其他类似系统，使用多个机载原子钟进行计时，但它们太重且太笨重，尺寸，重量和功耗都很高，无法放在探测航天器上。因此，为了计算精确的位置，今天的探测航天器必须从具有原子钟的位置接收和返回信号，然后等待命令。

这个过程可能需要数小时，并没有提供对未来深空探测所需的自主性和响应能力。随着飞船前往月球并冒险进入红色星球火星，导航工程师必须开发革命性的方法来精确时间。

深空原子钟

20多年来NASA持续研发的深空原子钟的大小与四片烤面包机的大小相当，并且表示可以进一步小型化以用于未来的任务。深空原子钟可以很小，因为它采用了新的汞离子阱技术。工程师们预计时钟每天的偏差将小于2纳秒（0.000 000 002秒）。这种准确性可以使航天器或宇航员自己做出导航决定，而不是等待来自地球的通信。

X射线定时和导航

X射线导航可能听起来像属于科幻小说，但它是已经在国际空间站上展示的真实技术。X射线导航不依赖于微小的原子来获取定时信息。相反，它使用远距离脉冲星的超常规振荡，一种中子星，用于定时和位置数据。

工程师可以通过比较脉冲星的预测脉冲到达时间与观察到的脉冲到达时间以及专门的机载导航软件来计算航天器在太空中的位置。来自这些恒星子集的独特脉冲可以用于时间，因为它们可以准确地预测到未来几年的微秒。由于天文学家知道一些脉冲星位于天球上的位置，它们可以为近地区以外的航天器提供时间和位置，从而实现银河定位系统。

太空中的X射线导航可以彻底改变深空探测，为未来任务提供维持时间和导航所需的能力，同时进行最小限度的监督。利用X射线导航，甚至可以向火星，太阳系远端以及更远的地方发射自主的机器人太空船。

X射线定时和导航