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NASA卫星完成全球首次“太空迷航”无GPS导航实验
没有GPS？没问题。一组NASA卫星在成功验证了通过其他方式进行导航后，正在延长其在太空中的停留时间。
来源:Space.com: NASA，太空探索和天文新闻太空中没有GPS？一项卫星实验可能有解决方案。
NASA的Starling任务——由四颗立方星组成的低地球轨道编队——正在测试利用其他卫星作为移动地标进行导航的方法。希望这项技术能让未来的任务在没有GPS的情况下也能导航。
NASA周一（8月17日）宣布，这项已有三年历史的技术演示将在今年到期后延长，至少持续到2028年。目的是充分利用机载实验，这是与行业合作伙伴EraDrive的合作项目，名为FALCON（“基于编目的快速自主太空迷失光学导航”）。
“随着NASA为更多超越地球轨道的任务做准备，像FALCON这样的技术可以支持月球卫星编队、分布式科学任务和人类探索，”NASA官员在周一的声明中说。
虽然NASA的应用是民用性质的，但美国国防部也在研究替代GPS解决方案，因为担心数量有限的GPS卫星可能容易受到对手攻击。例如，今年早些时候，太空军下属的SpaceWERX和太空系统司令部联合发起了一项倡议，寻求太空“定位、导航和授时”能力的新思路。
然而，FALCON的目标是应对距离问题。虽然地球轨道上的卫星可以充分使用专门建造的导航标记（如GPS），但随着任务飞得更远，这种可达性迅速减弱。这不仅仅是一个抽象问题；NASA计划最早在2028年通过阿耳忒弥斯四号任务再次将宇航员送上月球表面，作为建造月球基地更大努力的一部分。
工业界和军方也对月球及其周围区域——即地月空间——以及如何最好地在新环境中导航非常感兴趣。月球轨道也给导航带来了复杂性；例如，2025年，加拿大的外层空间研究所报告称，“质量浓度”会下拉轨道卫星并可能影响其路径，在某些情况下甚至导致撞向月球表面。
但在月球测试之前，NASA希望在家门口了解更多。它与EraDrive合作，这是一家起源于斯坦福大学的自主航天器导航公司，为FALCON提供了飞行软件和算法。该实验使用Starling的相机数据以及航天器上编制的数千颗已知卫星和周围太空物体的目录。
该任务不仅在尝试“独立于GPS的导航”，还在展示空间态势感知能力——即了解航天器周围环境的能力（包括其他卫星）。其他一些航天器，如SpaceX的Starlink宽带卫星，使用SSA来自动躲避低地球轨道上的太空碎片威胁。
Starling团队希望为导航和SSA带来更多能力。“FALCON的结果可能对在轨太空交通监测、碰撞规避和替代导航产生深远影响，”NASA小型航天器和分布式系统项目经理Roger Hunter在声明中说。
FALCON在头三年取得了两个重大里程碑。在PNT方面，航天器使用相机观察其他卫星和物体，并将信息与机载数据库匹配，该数据库包括来自国防部公开记录的大约20,000个物体。“FALCON随后使用观测和验证的物体作为参考点来确定Starling的轨道，”NASA表示。
FALCON的在轨观测还帮助任务管理人员更好地了解了200个单独物体的路径，超越了国防部目录中的轨道估计。这项估算工作仅用了三天时间自主完成，意味着地面操作员没有参与。
“通过FALCON实现的自主轨道确定能力是航天器使用光学相机通过相对于太空中其他物体的位置进行导航的首次，”NASA表示。“另外，编目更新实验在Starling上产生了比地面站提供的更好的物体位置预测。”
Starling的四颗航天器在约350英里（565公里）的高度运行，比原计划高约6英里（10公里）。这是因为SpaceX建议任务管理人员，Starling的任务计划可能使其接近已在340英里（555公里）轨道壳层运行的Starlink卫星。相比之下，国际空间站通常比Starling或Starlink稍低，约250英里（400公里）。
总而言之，Starling任务展示了在拥挤环境中的操作能力。但在未来，NASA希望将经验教训应用于月球和火星的科学应用——即改进航天器的测量——以及行星际交通管理。