美国宇航局的毅力号火星车于 2026 年 2 月 18 日完成了为期五年的火星探索，并通过实施使其能够自主确定位置的技术来纪念这一日期。该飞行器于 2021 年 2 月降落在 Jezero 陨石坑，现在拥有由喷气推进实验室 (JPL) 开发的火星全球定位系统。这项创新将流动站导航摄像机捕获的全景图像与存储在流动站上的轨道图进行比较。该算法在大约两分钟内处理数据并以大约 25 厘米的精度定义位置。此次升级减少了对地球命令的依赖，并提高了在不频繁中断的情况下行驶更远距离的能力。
由于缺乏地面 GPS 等卫星网络，火星上的导航一直受到限制。此前，“毅力”号使用摄像头、传感器和基于视觉里程计的估计来跟踪其位移，但在较长的路线上误差会累积。不确定性可能达到 35 米以上，这迫使火星车在危险区域停下来等待 JPL 团队的进一步指示。由于行星之间的平均距离为 2.25 亿公里，导致通信延迟，使得操作更加复杂。自主系统现在消除了大多数地点立即人工确认的需要。
新系统的实施和测试
JPL 团队于 2023 年开始开发该技术。该算法使用火星车之前 264 次停靠的图像进行了验证，在所有模拟案例中都取得了成功。首次实际应用发生在 2026 年 2 月 2 日至 16 日，当时在 Jezero Crater 进行例行作业。火星车用导航相机拍摄了 360 度全景图，并将数据与火星勘测轨道飞行器获得的高分辨率地图进行了比较。处理是在一个强大的处理器上进行的，该处理器最初用于与 Ingenuity 直升机进行通信。
火星全球定位的工作不依赖外部信号或来自地球的持续更新。流动站在内部执行分析并按照计划的路线前进。此功能与 AutoNav 系统集成，该系统已经允许您自主避开障碍物。这些资源共同扩大了科学探索的范围。
此次更新带来的主要改进
- 定位精度从超过 35 米的不确定性降低到仅 25 厘米的平均误差。
- 全景图像处理时间在流动站上大约两分钟内完成。
- 对地球命令的依赖大大减少，从而可以进行更连续的操作。
- 该系统此前已在264个地点进行了测试，并于2026年2月成功应用于实际航线。
- 该技术重复使用了以前专用于 Ingenuity 直升机的硬件，优化了可用资源。
对科学操作的好处
新的自主权使得“毅力”号能够无限行驶距离，而无需频繁打电话回家。此前，位置不确定性限制了日常进度，并中断了挑战性地形中的样本采集或分析。有了精确的位置，团队就可以在杰泽罗陨石坑边缘规划更雄心勃勃的路线，漫游车在那里调查沉积岩和古代水生环境的迹象。
工程师在向流动站发送命令之前，通过数字模拟测试了该计划。该过程最大限度地降低风险并确认指令的安全执行。该技术还有助于持续收集有关火星土壤和岩石的数据。
与人工智能集成
这一进步与 Perseverance 的其他最新创新相关。 2025 年 12 月，火星车进行了完全由生成人工智能规划的运动。该系统分析图像和高程数据，识别岩石、沙地和斜坡等危险，生成安全路径点。这些路线减少了规划时间并提高了任务效率。
全球定位和自主规划的结合优化了有限操作时间的利用。火星车可以专注于科学任务，而不是等待路线修正的指导。
在未来太空任务中的应用
美国宇航局强调，火星全球定位可以适用于其他探索飞行器。该技术扩展了在没有导航基础设施的环境中的独立性，例如火星表面或遥远的卫星。未来的行星任务将提高速度并覆盖更大的区域。
重复使用的处理器以前专用于 Ingenuity，展示了使用机载资源的效率。专家希望类似的创新能够支持对太阳系进行更复杂的探索。