在導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，清華大學(xué)智能微系統(tǒng)與納衛(wèi)星團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長達(dá)20年的不懈鉆研，成功研發(fā)出全球性光學(xué)導(dǎo)航定位技術(shù)與系統(tǒng)。這一成果在國際上獨(dú)樹一幟，為北斗系統(tǒng)提供了關(guān)鍵補(bǔ)充，顯著增強(qiáng)了我國導(dǎo)航體系的安全性與可靠性，相關(guān)航天產(chǎn)品已出口至近20個(gè)國家。

傳統(tǒng)無線電導(dǎo)航技術(shù)雖應(yīng)用廣泛，但存在明顯短板。在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，其信號(hào)極易受到干擾，甚至出現(xiàn)失效情況。而天文光學(xué)導(dǎo)航也面臨信源微弱、精度不足等問題。清華精密儀器系教授邢飛以日常生活中的手機(jī)導(dǎo)航為例進(jìn)行說明，當(dāng)手機(jī)彈出“請(qǐng)水平轉(zhuǎn)動(dòng)手機(jī)以校準(zhǔn)方向”提示，或位置信息不再刷新時(shí)，往往是因?yàn)闊o線電系統(tǒng)僅能測距，無法直接確定方向，且內(nèi)置的電子羅盤等方向傳感器一旦受干擾就會(huì)失效。

為攻克這些難題，清華團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，選擇在衛(wèi)星上搭載高亮度光學(xué)信標(biāo)，打造“空中燈塔”。邢飛解釋道，其原理類似于通過北極星辨別南北方向，但由于北極星距離地球遙遠(yuǎn)，目前尚未測出其與地球的精準(zhǔn)距離，無法進(jìn)行確切的定位推算。而光學(xué)導(dǎo)航衛(wèi)星如同距離地球僅幾百公里的“北極星”，地面設(shè)備接收其發(fā)射的光學(xué)信號(hào)，并結(jié)合衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)等信息，就能精確計(jì)算出自身的位置和朝向。

然而，實(shí)現(xiàn)高精度定位并非易事。即便將距離從光年縮短至數(shù)百公里，在800公里高度發(fā)射光學(xué)信號(hào)時(shí)，測量角度偏差僅0.1度，地面定位誤差就可能達(dá)到公里級(jí)。邢飛表示，要減少誤差，光學(xué)傳感器對(duì)光學(xué)信號(hào)角度的測量精度需達(dá)到約0.0003度的角秒級(jí)。為此，團(tuán)隊(duì)融合星敏感器技術(shù)、太陽敏感器技術(shù)和激光測量技術(shù)，大幅提升了光學(xué)相機(jī)的分辨率。

光波直線傳播的特性為該系統(tǒng)帶來了天然的抗干擾能力，確保導(dǎo)航數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定、安全地輸出。目前，該團(tuán)隊(duì)已成功構(gòu)建由11顆衛(wèi)星組成的光學(xué)導(dǎo)航星座，還突破了光學(xué)敏感器微型化瓶頸，實(shí)現(xiàn)了從十公斤到百克級(jí)的跨越。

但這只是團(tuán)隊(duì)征程的起點(diǎn)。他們的目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)由更多光學(xué)導(dǎo)航衛(wèi)星組成的全球星座。邢飛介紹，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在約816公里的近地軌道上部署37顆衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球南北緯60度以內(nèi)區(qū)域的全球覆蓋，這一區(qū)域涵蓋了全球絕大部分人口和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。

這項(xiàng)技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景，可為低空經(jīng)濟(jì)、深空探測等領(lǐng)域提供全新的解決方案。團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃將該技術(shù)與現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，構(gòu)建光學(xué)導(dǎo)航增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，以解決無人機(jī)、自動(dòng)駕駛車輛在隧道、復(fù)雜路況下的導(dǎo)航盲區(qū)問題。