Los cohetes llevan un sistema de guía inercial que opera independientemente de las señales del exterior.
En enero de 1986, la nave espacial Voyager 2 se acercó al distante y gigantesco Urano y lo fotografió a corta distancia. Para lograr las mejores imágenes, los controladores terrestres tenían que saber de manera precisa dónde estaba el aparato, y pudieron ubicar su posición con un margen de error de 100 km, aun después de que la nave había recorrido 4.954 millones de kilómetros. ¡Esta precisión equivale a que un golfista haga un hoyo en un golpe en un campo de 2.520 km de largo!
Los ingenieros espaciales cuentan con numerosos recursos para realizar esas sorprendentes hazañas de navegación. Por ejemplo, los cohetes lanzados al espacio llevan un sistema de guía inercial, que opera independientemente de las señales procedentes del exterior. Este sistema contiene dos mecanismos: uno es una serie de giroscopios, que permiten vigilar la dirección que sigue la nave; el otro es un grupo de velocímetros que miden la aceleración y desaceleración del cohete. Una computadora a bordo registra continuamente los cambios de dirección y velocidad de la nave, y así puede determinar en cualquier momento qué tan lejos ha llegado, en qué dirección y a qué velocidad viaja.
Durante los vuelos del Apolo a la Luna, los controladores terrestres seguían el viaje de la nave valiéndose de enlaces radiales. Mediante las señales de radio que recibían, los radiotelescopios terrestres podían determinar la dirección del aparato. Además, estas señales permitían a los controladores saber la distancia entre el Apolo y la Tierra. Medían el tiempo que tardaban las señales de radio en llegar al Apolo y volver a la Tierra, y lo dividían entre la velocidad de la señal (idéntica a la de la luz: 300.000 km por segundo). Conociendo la dirección y la distancia de la nave, era posible calcular dónde se encontraba.
El estudio cuidadoso de las señales también revelaba la velocidad del Apolo. Si se mueve la fuente de ondas de radio, la frecuencia y la longitud de onda de las señales se alteran según la velocidad de la fuente. Esto constituye una manifestación del efecto Doppler. La frecuencia de las ondas aumenta o disminuye según la nave espacial se acerque a la Tierra o se aleje de ella. A mayor velocidad de la nave, más acentuado es el cambio en las longitudes de onda. La variación en las frecuencias del Apolo fue de aproximadamente 0,01 % de la velocidad de la luz.
Si las señales de radio y la guía inercial indicaban que la nave se desviaba ligeramente de la ruta establecida, los controladores terrestres indicaban a los astronautas que encendieran unos motores pequeños; éstos permitían corregir el curso, cambiando la velocidad y haciendo que la nave espacial retomara su ruta.
La nave tripulada estadounidense más moderna, el transbordador, sigue órbitas más cercanas a la Tierra que el Apolo. Si es necesario alterar su dirección, las computadoras terrestres instruyen a la computadora de la nave para que encienda los impulsores necesarios y modifique la órbita.
Las sondas espaciales no tripuladas cuentan con sus propios auxiliares de navegación. Para evitar que una nave se mueva erráticamente por el espacio, es necesario establecer su posición sobre tres ejes. Por ejemplo, en el caso de los Voyager, que recorren grandes distancias, la dirección de nuestro planeta constituye uno de los ejes; la nave viaja siempre con su antena de radiocomunicación orientada hacia la Tierra. Los otros dos ejes de referencia se establecen con sensores luminosos; uno capta la dirección del Sol y el otro «se fija» en una estrella brillante: en el caso del Voyager 1, esa estrella es Régulo, y Canopus en el del Voyager 2.
Otra sonda espacial que requirió que se le estableciera una ruta precisa fue Giotto, de la Agencia Espacial Europea. Se programó para que pudiera acercarse al cometa Halley en marzo de 1986 y enviara imágenes detalladas del núcleo sólido del centro del cometa. Hacer navegar a Giotto en forma precisa era relativamente sencillo; lo que resultó más difícil fue establecer su objetivo: la posición del núcleo del cometa. Para esto se requirió de una notable colaboración internacional. Dos sondas soviéticas, llamadas Vega, se acercaron al cometa aproximadamente una semana antes que Giotto. A unos 8.000 km de distancia se tomaron las primeras imágenes del núcleo, todavía bastante lejano. Por ellas se conoció la ubicación del cometa con respecto a las sondas Vega.
Mediante radiotelescopios instalados en todo el mundo, los científicos estadounidenses sintonizaron las transmisiones radiales de los rusos, para determinar en forma precisa la posición de las Vega. Con estos datos y con las fotografías enviadas por las sondas, los soviéticos pudieron determinar la posición del núcleo del cometa. Esta información les permitió a los europeos guiar a Giotto hasta la distancia correcta del núcleo. Al pasar éste a 605 km de distancia, la sonda Glorío pudo tomar acercamientos fotográficos que asombraron a los astrónomos. El núcleo del cometa Halley (el centro denso de partículas de hielo y roca) resultó ser un objeto negro en forma de papa, de aproximadamente 16 km de largo y 8 km de ancho, que vomitaba enormes chorros de vapor y de un gas de color blanco brillante, a más de 1.600 km de distancia.
