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相信大家都经常会使用到GPS,如果在日常出行过程中,没有GPS或者北斗等导航系统的帮助,我们的出行可能会受到很大的影响。
在宇宙深处飞行时一样需要导航定位,不然宇宙深处飞行过程中,飞船、探测器可能就没法精准飞往目标。
而现在NASA刚刚完成了一项颠覆性的导航试验,他们的卫星在利用其他卫星甚至太空碎片当“路标”的情况下实现了定位。这是什么情况呢?
2026年8月17日,NASA宣布他们的“Starling”卫星群任务完成了一项名为FALCON的自主导航技术验证。
在这一次技术验证中,“Starling”卫星群首次实现了在没有GPS和地面干预的情况下,让卫星仅靠光学相机观察太空中的其他航天器或者太空碎片,就自主确定了自身轨道。难道太空“自动驾驶”来了?
这一项技术有多难?
从试验的情况来看,“Starling”卫星群是使用携带的相机来拍摄其他的卫星、探测器、飞船、空间站或者太空垃圾来进行定位的,虽然近地轨道上有无数的航天器、太空垃圾,但是这一项技术还是非常困难的。
第一个难度就是卫星搭载的相机只能进行拍摄,拍下其他航天器或者太空垃圾的照片,也就意味着卫星只能知道这些航天器或者太空垃圾的方向,但是不知道这些航天器或者太空垃圾和自己的距离有多远。毕竟这这只是一台光学相机,没有复杂的雷达等系统。
就像我们仰望星空,可以看到夜空中会有一个发光的小亮点,我们只知道这个小亮点在什么方向,但是我们并不知道它离我们有多远。
第二个难度就是在太空中拍摄其他的航天器、太空垃圾难度本身也是非常大的。虽然近地轨道的航天器已经有上万个,还有无数太空垃圾,但是这些航天器和太空垃圾的飞行速度都是非常快的,而且航天器之间的距离也是非常遥远的。
不管是太空垃圾还是航天器,飞行速度都超过7公里每秒,一秒钟就能飞行到7-8公里,如果是和这些“Starling”卫星群同向飞行的话,相对速度更快。
在这么快的飞行速度下,“Starling”卫星群需要精准拍摄那些太空垃圾或者航天器,本身就存在很大的难度。
在拍摄的画面中,不管是航天器还是太空垃圾,都只是画面中的一个小亮点而已,有时候卫星可能也不知道这个小亮点到底是航天器、太空垃圾,还是遥远的小星星,有时候可能会把宇宙深处的小星星当成了航天器、太空垃圾这些“路标”。
有时候,同时出现在画面中的航天器或者太空垃圾会比较多,“Starling”卫星群就需要精准计算出目标,不然的话,可能会导致导航失效。
由于“Starling”卫星群本身的飞行速度很快,如果出现导航失效的情况,可能会增加碰撞其他航天器的风险。
第三个难度就是这些卫星都是在近地轨道飞行的,在飞行过程中它们都会受到空气阻力等客观因素的影响,所以,不管是太空垃圾,还是航天器的飞行轨迹都会慢慢发生变化。
比如说,这些航天器、太空垃圾的速度会出现衰减,然后高度持续下降等情况,所以飞行一段时间后,这些航天器、太空垃圾就已经不再是在原来的飞行轨道了,它们的位置一直在变化。
“Starling”卫星群以这些轨迹不断出现变化的航天器、太空垃圾作为“路标”,可能会出现精度下降的情况。
当然,问题也不是很大,计算机也会进行计算,这些卫星在飞行过程中,可以使用其他的航天器、太空垃圾进行导航定位,也可以使用发动机进行轨道的修正。
有什么用途
从现在的情况来看,我们大概就只能知道“Starling”卫星群是以其他的航天器、太空垃圾作为“路标”进行导航,实际上它的用途有多大,可能很多人都不知道。
NASA方面表示,在未来这一项技术可以用于月球、深空卫星群自主导航以及太空交通管理和碰撞规避。
从NASA的说法来看的话,“Starling”卫星群的功能其实不仅局限于近地轨道的导航,就算是去月球或者更远的宇宙深处,也是可以发挥作用的。
比如说,在未来我们载人登月的时候,在月球轨道上部署大量这样的卫星集群,这些卫星之间又可以作为彼此的导航“路标”,这样一来,在月球的飞船、探测器、卫星都不再需要地面进行实施导航、指挥了,它们可以自己去寻找这些“路标”进行导航,实现自主飞行。
如果是去更遥远的火星,这一项技术可能会有更大的作用。由于地球和火星的距离很远,所以从地球发出的信号需要几十分钟才能到达火星,在火星上的飞船、探测器完全依靠自主来完成所有的操作。这也是我们人类之前登陆火星过程中,失败率比较高的原因。
而拥有光学自主导航能力的飞船、探测器,它们就可以实时感知周边环境,自主规划避险路线,这样可以大大提高飞往火星、登陆火星的成功率。