数百年来，航海者一直依靠星辰来确定自己在茫茫大海中的位置和航向。而如今，这种传统方法正在进入武器和高超音速飞行器领域。中国研究人员近日宣布，他们已经开发出一种恒星传感器原型设备，能够帮助速度超过 5 马赫的高超音速飞行器，即使在卫星导航系统受到干扰或失效的情况下，仍然保持飞行轨迹。
本文是摩洛哥《阿拉伯防务》网站发布的一篇文章，由本人翻译并分享给大家。翻译此文章只是为了转述外国人员表达的一些看法，并非本人观点，希望大家能够理解。
中国研发了一套基于恒星观测的导航系统，旨在卫星信号中断或性能下降时，为高超音速飞行器提供导航引导。广东省某航空航天研究机构的研究人员在经过专家于 8 月 10 日开展的评审后完成了项目，并公布了成果。
这种系统针对的是高速飞行领域面临的一项主要弱点：如果对手能够干扰美国 GPS 系统或中国北斗系统的信号，卫星导航可能会受到影响甚至完全失效。
在这种情况下，天文导航能够提供一种替代方案。这种技术利用恒星作为稳定的参考点，通过观测恒星位置确定飞行器的位置和方向，从而可能为高超音速武器在电子对抗环境中的作战提供额外一层导航保障，并降低其对外部信号的依赖。
这种概念基于天文导航技术，即通过观测恒星及所处位置，在无需依赖外部信号的情况下确定飞行器的位置和姿态。这项技术对于那些可能在卫星导航系统遭受屏蔽或电子战攻击环境中运行的军用飞行器来说，具有重要优势。
然而，将恒星导航应用于高超音速飞行器并非易事。当飞行器速度超过 5 马赫时，与大气层发生剧烈摩擦会导致温度急剧升高，并在飞行器周围形成等离子体层。这种环境可能使来自恒星的光线发生畸变，同时产生的辐射也可能阻碍传感器清晰观测恒星。
为了解决这一问题，研究人员建立了模拟飞行器飞行过程中辐射环境和周围条件的数据库，同时开发软件模拟这种环境对恒星光线造成的影响。这些计算能够预测恒星图像的偏移程度，从而帮助设计出能够适应高超音速环境干扰的传感器。
研究人员表示，测试结果显示，在没有明显干扰的情况下，新型传感器识别恒星模式的准确率超过 99%；即使在强烈辐射和复杂空气动力学环境影响下，识别准确率仍保持在 80% 以上。
这项技术的重要性尤其体现在那些需要摆脱空间基础设施依赖的导航系统中。如果飞行器能够依靠恒星确定自身位置和方向，那么卫星信号丢失并不意味着导航能力必然丧失。这对于高速运行并处于电子干扰环境中的飞行器和武器系统而言，可能成为一种额外优势。
此外，这些技术的潜在应用并不仅限于军事领域。研究人员指出，相关辐射测量技术还可以应用于其他领域，包括发动机测试以及工业领域燃烧过程监测。
因此，恒星导航已经从过去航海者手中用于寻找海洋航线的简单工具，发展成为一种正在被调整以适应高超音速飞行器极端环境的先进传感技术。数百年来，速度和工具不断变化，但星辰或许仍会以某种方式继续成为指引方向的 " 路标 "。
尽管天文导航已经存在数百年，但将其应用于速度超过 5 马赫的高超音速飞行器，仍然面临着极其严峻的工程挑战。当飞行器以高超音速在大气层内飞行时，会产生巨大的空气摩擦，导致温度急剧升高，并在飞行器周围形成一层高温气体。
这层高温气体可能会在传感器处理恒星光线之前，使进入传感器的星光发生畸变。同时，高强度辐射也可能淹没来自恒星的微弱信号。为了解决这一问题，研究人员采用了辐射建模技术，并开发专用传感器设备，同时建立覆盖高温空气辐射和热干扰影响的数据库。
研究团队还开发了软件，用于模拟飞行器高速飞行过程中周围环境产生的辐射影响，其光谱模拟精度达到了 0.12 纳米。研究人员表示，模拟误差率控制在 18.9% 左右，这帮助他们评估了飞行器周围气流环境和热环境如何影响传感器观测到的恒星外观。
基于这些研究结果，团队开发了一种能够在高强度辐射干扰环境下工作的恒星传感器原型。真正的问题并不仅仅在于发现恒星，而在于导航系统能否快速识别恒星排列模式，以满足高速飞行器在极端速度下的实时导航需求。
在测试过程中，当不存在辐射干扰时，传感器对恒星模式的识别率超过 99%。即使在受到强烈空气动力学干扰的情况下，该系统仍保持超过 80% 的恒星模式识别能力。此外，该传感器对飞行器姿态测量精度达到优于 5 角秒的水平。需要指出的是，1 角秒等于 1/3600 度。
这种精度对于高速飞行器而言具有重要意义，因为在高速飞行过程中，方向判断上的微小误差可能不断累积，最终导致位置判断出现巨大偏差。
预计该系统未来将与惯性导航系统配合使用，而不是完全取代惯性导航。两者结合，可以在卫星导航无法使用时，为飞行器提供备用导航能力。
对于美国防务规划人员而言，这项发展反映出高超音速武器应用环境下导航问题所带来的更广泛挑战。美国相关系统同样面临在 GPS 信号遭受攻击或干扰时，如何保持导航能力的问题。
据该研究机构介绍，中国相关研究并不局限于军事应用。研究人员开发的辐射技术还被用于发动机测试以及工业燃烧过程监控。该机构表示，这些应用已经带来了约 1000 万元人民币的额外销售收入，同时，航空航天领域的研究机构也利用该技术开展了一些对重要任务具有关键意义的项目。
对于高超音速飞行器而言，最大的挑战仍然是在极端环境中实现可靠导航，因为飞行器周围的高温和辐射环境可能使恒星观测变得困难。不过，中国研发的这一传感器原型表明，研究人员正在努力突破这一障碍。可靠的天文导航技术未来可能成为一种备用导航手段，使高速飞行器减少对卫星信号的依赖。
随着电子战和导航干扰技术在现代冲突中的使用越来越频繁，恒星导航的重要性也不断提升。它能够在外部定位信号无法使用时，为飞行器提供额外的方向保持能力，从而增强其持续执行任务的能力。
