不靠 GPS，卫星改看别的航天器认路

近地轨道上的卫星通常靠 GPS 定轨。这套方案在月球附近就不好用了：GPS 信号在那里微弱、不可靠，或者直接没有。深空任务更是完全指望不上。

2026 年 8 月 26 日，NASA 公布了一项在轨验证结果：名为 FALCON 的系统让卫星改用另一种参照物确定自己的位置——别的卫星和太空垃圾。

FALCON 是什么

FALCON 全称是 快速自主迷失空间星表光学导航，缩写来自 Fast Autonomous Lost-in-space Catalog-based Optical Navigation。它是由 NASA 与 EraDrive 联合开发的飞行实验载荷，EraDrive 是从斯坦福大学衍生出的创业公司。系统把 EraDrive 的 Era-Core 飞行软件与嵌入式算法，同 Starling 的相机和一份星上已知卫星目录结合起来。

工作方式分两步走。第一步，FALCON 识别 Starling 相机看到的目标——包括其他航天器与轨道碎片——然后与美国国防部维护的公开空间目标目录比对。目标确认之后，就被当作参考点，用于计算 Starling 自己的轨道。

第二步反过来看别人。任务控制人员把一份包含约 20,000 个空间目标及其预测轨道的目录上载到 Starling。FALCON 把目录信息与相机观测做比对，一边算自己的位置，一边修正其他目标的轨道估计，得到的估计精度甚至优于原有目录数据。

图1：目标识别、目录比对、双向轨道修正的完整回路

三天，两百个目标

在三天时间里，FALCON 在没有任何地面操作员干预的情况下，改进了超过 200 个空间目标的已知轨道。在另一组目录更新测试中，Starling 在星上生成的目标位置预测，也优于地面站提供的数据。

这次演示的"首次"有两层含义。一是航天器首次用光学相机、依据自身与其他空间物体的相对位置完成自主定轨；二是星上自主改进空间目标目录的精度，超过地面提供的现成数据。

NASA 艾姆斯研究中心（Ames Research Center）小卫星与分布式系统项目经理 Roger Hunter 的评价是：FALCON 是 Starling 演示任务的又一次成功，其结果对在轨空间交通监测、碰撞规避和替代导航方案都有深远影响。他说 Starling 创造的"首次"还在不断增加。

图2：三天、两百余个目标、两万条目录，构成了这次验证的规模

为什么要在意卫星自己认路

需求的来源很明确。NASA 的任务正往更远处走：月球卫星群、分布式科学任务、载人深空探索，这些场景要么没有 GPS，要么地面测控的时延和覆盖都跟不上。

分布式科学任务对定位精度的要求尤其具体——当多台探测器在不同位置同时采集数据，只有各自身份位置足够准确，测量结果才能对齐。空间交通管理层面，自主导航加上星上目录更新，可以降低对地面跟踪网络的依赖，同时提升碰撞规避的能力。

Starling 于 2023 年发射，由四颗卫星组成。今年晚些时候，任务将扩展 FALCON 实验：四颗卫星之间共享彼此的跟踪信息，用合并后的观测数据共同精化各自的位置。从"各自看"到"互相告诉对方自己看到了什么"，这是分布式自主导航的下一步。

这条技术路径还有一个附带意义：FALCON 最初是 NASA 大学小卫星技术合作项目（University SmallSat Technology Partnerships）的课题，后来孵化出 EraDrive，正在把 Era-Core 软件与配套硬件商业化。Starling 提供的在轨机会，让这套软件在真实条件下接受了检验。

来源：NASA just used satellites and debris to navigate without GPS（NASA / ScienceDaily, 2026-08-26）

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