探索宇宙奧秘 · 理性思考

想象一下，你在一片怪石嶙峋的荒漠中獨自駕車。這里沒有道路，沒有地圖，沒有GPS，每天只能打一個電話詢問位置。這就是NASA毅力號火星車過去五年的日常。但在2026年2月，這臺探測器獲得了一項顛覆性能力：它不再依賴地球指令，只需兩分鐘即可自主確定自身位置，誤差不超過25厘米——相當于一個標準垃圾桶的直徑。

此前的視覺里程計技術(shù)存在致命缺陷?；鹦擒囃ㄟ^分析連續(xù)拍攝的地貌特征估算位移，但車輪打滑和圖像識別誤差會不斷累積。行駛數(shù)百米后，位置偏差可達35米。這種不確定性迫使火星車頻繁停車，等待地球控制中心確認："你沒迷路，很安全，繼續(xù)開。

新算法徹底改變了這一局面。項目團隊用過去264個?？奎c的數(shù)據(jù)測試，定位準確率達到100%。現(xiàn)在毅力號可以連續(xù)行駛數(shù)公里，無需等待地球回傳的指令。

這項突破的關(guān)鍵硬件，竟來自一架已退役的直升機。火星車內(nèi)部有一個金色方盒，稱為直升機基站（HBS）。它原本用于與"機智號"火星直升機通信，內(nèi)置一塊2010年代中期的商業(yè)級智能手機處理器。

這塊芯片的計算速度比毅力號主計算機快100倍。主計算機基于1997年的抗輻射硬件設(shè)計，運行速度極慢，無法處理復(fù)雜的圖像匹配運算。機智號任務(wù)冒險驗證了商業(yè)芯片在太空的可靠性，完成了72次飛行后，這架直升機為火星車留下了寶貴的計算資源。

團隊還解決了硬件損傷問題。測試中發(fā)現(xiàn)HBS的1GB內(nèi)存約有25位損壞，他們開發(fā)了隔離方案和"健全性檢查"機制。算法在HBS上多次運行，主計算機交叉驗證結(jié)果一致性，確保定位可靠。

火星車定位技術(shù)的演進，映射出深空探測從地球遙控向自主智能的歷史性轉(zhuǎn)變。

早期勇氣號和機遇號幾乎完全依賴地球控制。地面團隊根據(jù)軌道圖像規(guī)劃路線，火星車執(zhí)行指令，每日行駛距離通常不超過100米。好奇號引入了自動導(dǎo)航（AutoNav），可實時避障，但仍需地球定期校正位置。

毅力號在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了真正的全球定位能力。結(jié)合近期部署的生成式人工智能路線規(guī)劃，火星車現(xiàn)在可以自主選擇路徑點，確定精確位置，執(zhí)行長途駕駛。這種自主性對于人類登陸火星至關(guān)重要——地球與火星通信延遲可達20分鐘，實時遙控不現(xiàn)實。

技術(shù)團隊已將目光投向月球。月球南極的極端光照條件和漫長月夜，對定位精度提出更高要求。同樣的技術(shù)框架將應(yīng)用于未來的月球車任務(wù)。

中國天問一號任務(wù)的祝融號火星車，目前仍采用傳統(tǒng)的視覺里程計結(jié)合地面控制模式?；鹦擒囃ㄟ^立體相機獲取地形信息，依靠地面團隊解算位置和規(guī)劃路徑，尚未具備在軌地圖匹配的自主全球定位能力。

這種差異反映了中國在深空探測自主導(dǎo)航領(lǐng)域仍需突破的關(guān)鍵技術(shù)。目前，中國航天科技集團正在研究基于SLAM（同步定位與地圖構(gòu)建）的自主導(dǎo)航技術(shù)，用于未來的月球和火星探測任務(wù)。嫦娥系列月球車已實現(xiàn)一定程度的自主避障，但在絕對位置確定方面，仍依賴地面測控網(wǎng)的軌道數(shù)據(jù)支持。

火星全球定位技術(shù)的開源算法思路和硬件驗證經(jīng)驗，為中國提供了重要參考。特別是商業(yè)級處理器在太空環(huán)境下的可靠性驗證，以及圖像匹配算法的輕量化設(shè)計，都值得正在研制下一代火星車的中國工程師關(guān)注。

從每天等待一個電話確認位置，到兩分鐘內(nèi)自主精確定位，毅力號的這次升級不僅是軟件更新，更是深空探測自主化時代的里程碑。當未來的中國宇航員踏上火星表面時，他們腳下的探測器或許也能像地球上的手機導(dǎo)航一樣，實時顯示："您當前位于火星烏托邦平原，定位精度25厘米。"

Verma, V., & Nash, J. (2026). Mars Global Localization algorithm development and deployment. NASA JPL Robotics Operations.