参考消息网10月29日报道 据阿根廷布宜诺斯艾利斯经济新闻网9月21日报道，美国国家航空航天局(NASA)测试了一种无需GPS的导航方式，其卫星利用太空中的其他物体作为轨道参考点。

报道称，航天器导航通常依赖地面站天线网络、全球定位系统(GPS)以及控制中心的计算数据等外部支持，NASA的“椋鸟”演示任务则测试了另一种途径。任务卫星通过观测自身轨道环境中的物体，将其与星上存储的物体目录进行比对，并利用这些参考物来确定自身位置，无需依赖GPS。

此次任务证明，航天器可以基于光学相机和轨道数据实现自主导航。

而它测试的正是快速自主太空失联星表光学导航(FALCON)系统中的一个环节。

该系统由NASA与时代驱动公司合作研发，旨在应对一个在地球轨道之外日益突出的问题：任务离地球越远，GPS信号就越不管用。

“椋鸟”任务使用4颗纳米卫星，在高度约565公里的低地球轨道运行。这4颗卫星组成的星群充当软件、相机和算法的试验平台，使其能够把在轨物体的运行转化为信息。传统航天器依赖导航星座的信号，而FALCON则通过观测卫星、火箭残骸及其他已编目物体，在太空中确定自身位置。

NASA宣布，将已运行3年的“椋鸟”任务至少延长至2028年。延期后，4颗卫星将开展更多联合测试，共享跟踪数据，协同调整位置估算。此举拓展了实验范围，可进一步检验航天器在不依赖地球指令的情况下，究竟能自主完成多少任务。

星跟踪相机通常用于识别明亮星体，从而确定航天器姿态。但FALCON给它们派了额外任务，让它们检测“椋鸟”周围的可见物体，并将观测轨迹与星上预存的轨迹记录比对，确认物体身份后，便将其用作导航地标。

该目录包含约2万个太空物体及其预测轨道的信息，这些数据来自美国国防部的公开记录。时代驱动公司的软件将这些数据与相机图像结合，交叉比对，使“椋鸟”无需GPS信号便可算出自身位置。

NASA表示：“FALCON将已观测并确认身份的物体当作参考点，从而确定‘椋鸟’的运行轨道。”其创新之处不仅在于识别附近卫星，更在于系统还需将这颗卫星与穿过视野的其他物体区分开，与目录中的信息建立关联，并判断实际观测到的运动路径是否与目录中的预测轨迹吻合。

因此，FALCON所采用的光学导航建立在相对测量之上。航天器在掌握了物体的位置之后，依据与这些物体的相对关系来确定运行轨道。其精度取决于观测质量、每个物体的先验信息，以及软件修正计算误差的能力。

在初期试验中，“椋鸟”任务展示出了两种能力，一是利用移动参考物确定轨道，二是完善观测物体的数据。其中，第二项能力还获得了额外收获。3天内，FALCON在没有地面操作人员介入的情况下，改进了200多个物体的轨道估算。

试验中，程序会将目录中的预测与“椋鸟”获取的数据进行比对，如果实际位置偏离预测轨迹，算法便会利用这一偏差进行修正，得出新的计算结果。据NASA称，星上生成的计算位置比地面站可提供的预测更为精确。

NASA表示：“这是航天器首次利用光学相机，根据相对于太空中其他物体的位置进行自主导航，并实现轨道确定。在目录更新实验中，‘椋鸟’在星上也生成了更为精确的物体位置预测。”

“椋鸟”任务运行在一个航天器密度日益增大的轨道区域。其4颗纳米卫星的飞行高度比项目初期计划高出约10千米。太空探索技术公司曾警告，原方案可能使它们过于接近“星链”星座的卫星，其轨道高度约为555千米。调整后，“椋鸟”被提升至565千米，而国际空间站通常运行在地球上空约400千米。

在轨道日益拥挤的背景下，此次任务既是一次导航测试，也是一次太空态势感知能力验证。太空态势感知能力，指的是航天器识别周围物体、判断其所处方位及运行轨迹的能力。在拥挤的轨道上，这些信息可用于预判危险接近、评估风险，并为防碰撞决策提供依据。

NASA艾姆斯研究中心“小型航天器与分布式系统”项目负责人罗杰·亨特指出：“FALCON的成功是‘椋鸟’演示任务的又一项成果，将对太空交通监测、防碰撞和替代导航产生深远影响。”对NASA而言，这些试验为应对在轨卫星和碎片日益增多的问题增添了新手段。

GPS之所以有效，靠的是覆盖地球及其周边区域的卫星星座。一旦超出这一范围，GPS信号就会减弱，可用性也不再有保障。前往月球、火星或更远区域的航天器，将需要借助其他方法，才能足够精确地确定自身位置。

FALCON旨在满足其中部分需求。NASA在公告中表示：“随着NASA开展更多地球轨道外的探索任务，像FALCON这样的技术将为月球卫星群、分布式任务和载人探索活动提供支持。”在这些场景中，多艘航天器必须协同配合、共享信息，并维持统一的参考基准，以支撑仪器运行、通信联络或月面活动。

月球导航面临独特挑战。由于存在被称为“质量瘤”的质量集中区域，月球引力分布并不均匀。这些不规则性会改变在轨航天器的轨迹，有时甚至会将它们拉向月面。因此，精确估算位置和速度，对卫星、载人舱和货运航天器都具有实际意义。

自主性也不只用于远距离飞行。即便在近地轨道，地面网络虽具备跟踪能力，却无法迅速响应每一次轨道变化，也无法处理每艘航天器可能产生的所有观测数据。星上系统若能在轨自行更新数据，便可减少对地面基础设施的依赖，并能更及时地提供附近物体的信息。

精确定位是空间科学的核心。当多台仪器从不同位置采集数据时，科研团队必须准确掌握每艘航天器当时的位置及数据采集时刻。有了这一时空基准，才能整合观测、比对结果，并重现横跨广阔太空区域的物理现象。

FALCON的自主技术还可用于太空交通管理。一些商业卫星星座已经在使用空间态势感知系统，在面临碰撞风险时机动规避。“椋鸟”则提供了另一种实现态势感知的方式，即航天器利用自身传感器更新对周围环境的认知，并将这一信息共享给同一星群中的其他卫星。

下一步任务是把这种协同扩展到整个星群。届时，4颗纳米卫星将交换跟踪数据，共同提升定位精度，进而检验这个小型网络能否不必在每个环节都依赖地球通信，就能形成对自身轨道环境的共同认知。

“椋鸟”任务由位于硅谷的艾姆斯研究中心领导，并接受“小型航天器与分布式系统”项目的资助和管理。

随着任务延长至2028年，FALCON将有更多时间验证，卫星能否把周围太空中的物体变成一张导航网，为未来前往月球和火星的任务提供指引。（编译/胡怀莹）