今天，随着我们指尖上的所有技术，天体导航的想法仍然是浪漫的，甚至有点令人困惑。它可以追溯到人类与天堂有着更丰富联系的时代。但事实是，作为冷战的必需品，靠星星导航的任务变得越来越自动化和小型化。全球定位系统(GPS)的出现和全面核战争威胁的减弱，使先进的天体导航能力留给了少数武器系统和历史书。但现在，由于可能不得不在一个无法使用GPS及其所有好处的作战环境中作战，更新的自动化“天文导航”功能可能是克服这一挑战的最佳和最可靠的方法之一。
沉迷GPS
这足以说明开头在沙漠风暴行动中在美国，美国的军事力量越来越依赖稳定、高精度的GPS系统。从弹道导弹潜艇到装甲编队，所有东西都使用这种服务来利用即时地理定位能力，大多数制导弹药也是如此，特别是那些从对峙靶场发射的弹药。
作战飞机和战斗舰艇大多使用内置GPS的惯性导航系统(INS)进行导航。你可以读到这些令人惊叹的作品技术在这里．惯性导航系统的陀螺仪能够感知惯性和方向，并作为一种独立的航向推算装置工作。它们本身就能够将飞机或船只引导到需要进入的一般区域，但随着时间和空间的推移，它们的定位精度会降低。换句话说，车辆仅在INS上导航的时间越长，其实际位置就越不准确。
如果这些系统没有从其他导航源(如GPS或无线电导航辅助设备)获得定期“更新”，它们特别容易漂移。带有嵌入式GPS系统的惯导系统不仅出现在大型军用车辆上，它们也被用于低级别的联合直接攻击弹药(JDAM)甚至制导炮弹。
带有嵌入式GPS的INS就像一组投票系统，它使用软件算法或过滤器，根据手头的数据集体最好地决定飞机的位置。如果一个来源开始严重偏离或显示出故障的迹象，软件可以忽略它，并更依赖于另一个。GPS欺骗，即用假GPS信号取代GPS信号，是一种电子战战术，正变得令人担忧地普遍，俄罗斯在训练和演习中使用这种战术其他神秘的场景在最近的过去。
高级且高度针对性的GPS欺骗攻击理论上可能特别隐蔽，因为假信号可以提供数据，随着时间的推移慢慢改变车辆的真实位置，使异常对人类操作员或GPS/INS导航系统的软件逻辑来说远远不那么明显。
这些更本地化和更有针对性的GPS篡改策略是一回事，但在小范围或大范围内完全拒绝GPS则更令人担忧，这是一个在规模和复杂性上都在增长的威胁俄罗斯表示他们会施加影响它是为了在战争期间获得不对称的优势。
电子战和网络战是这种攻击的可能途径，但是反卫星武器会使人瘫痪，堵塞，甚至毁灭在面对一个强大的对等国家敌人时，卫星导航能力是一个更令人不安的战术可能性因素。但针对GPS的低端干扰和网络攻击能力并不只是传统敌人的专利。非国家行为体也将越来越有能力在这个层面上发动战争。
考虑到这一切，GPS的脆弱性已经成为一个更加紧迫的战略问题，五角大楼正在努力寻找新的方法——甚至是旧的方法——来抵消这些类型的敌人行动的影响。至少对于某些系统和平台来说，解决这一问题的一个潜在解药可能包括复兴和现代化一个真正“回到未来”的概念——自动天体导航，也被称为“astronav”。
从六分仪到R2-D2
在GPS出现之前的几十年里，人工天文导航仍然是一项在海洋环境和天空中使用的技能。即使是相当现代的飞机在设计时也考虑到了这种导航方式。例如，747设计了一个六分仪端口，VC-10和737设计了一个六分仪潜望镜。但是，随着无线电导航系统变得更加普遍和准确，即使是这种辅助导航也变得过时了。
像我们今天享受的许多关键技术一样，自动天文导航是作为冷战的必需品引入的。随着能够高速长距离飞行的武器的出现，必须有一种方法来自动纠正惯性导航系统固有的不准确性。这一问题催生了天文惯性导航系统(ANS)。
这在当时是一个非常先进的系统，它能够自动交叉检查由INS确定的车辆位置和由其与恒星的关系确定的位置。这极大地提高了整个系统的精度，并能够纠正INS固有的与漂移相关的错误。这种能力首先在SM-62“蛇兽”巡航导弹上引入。“蛇兽”导弹是美国进入装有核弹头的弹道导弹时代的先驱。
1957年，Snark以高亚音速向目标区域飞行数千英里后，显示出它的圆形误差概率(也称为CEP，即导弹相对于目标的撞击概率)为17英里。即使对于一个高当量的核投放系统来说，这也是不可接受的。到1958年，ANS系统安装完毕，其CPE缩小到4英里——考虑到那个时代的技术，这是一个惊人的成就。
在接下来的几年里，这个概念得到了极大的改进，AIN部队发现自己在高端平台上，包括几乎所有的美国洲际弹道导弹，这是有史以来最令人难以置信的工程成就之一sr - 71黑鸟．
由于SR-71的速度，接近非常敌对的国家，并需要自动化其侦察传感器，更不用说其关键任务集的性质，具有高度准确的导航，不会不必要地增加机组人员的资源是绝对必要的。Nortronics公司的NAS-14V2天文惯性导航系统为臭鼬工厂的三马赫间谍飞机提供了这种功能。
这个板条箱大小的引导组，顶部是ANS，在执行任务前被投放到喷气式飞机的脊椎中。这个系统最终被黑鸟机组人员、任务规划者和维护者称为“R2-D2”，它的工作与著名的《星球大战》中同名的太空机械机器人相差无几。
在之前的一篇文章中不可思议的亲身体验视频之旅关于黑鸟的驾驶舱，SR-71飞行员理查德·格雷厄姆还详细描述了飞机的天文惯性导航系统以及其他关于驾驶这架著名飞机的回忆。这段视频被转发到下面，关于飞机引导组的相关部分在53分钟才开始。这是一个绝对必看：
格雷厄姆描述了黑鸟的所有传感器和导航系统是如何由制导组自动化的，整个任务都是预先编程到这个系统中，飞行前在地面上进行测试。astro-nav在引导组的顶部安装了一个类似于望远镜的框架系统，其工作原理是通过不断扩大的圆形搜索模式，在内存中找到并固定64颗被映射的恒星中的三颗，并将它们的位置与儒略历和高度精确的天文钟进行比较。当飞机以8万英尺的速度以3马赫的速度在空中疾驰时，该系统可以为飞机提供精确的位置。SR-71的所有传感器都是自动编程的，根据太空导航系统定义的飞机在执行任务期间所处的时间和空间，自动拍摄光学和雷达图像。
Graham继续指出，实际上，这个系统与我们今天使用的GPS并没有太大的不同。astronav不使用环绕地球轨道的装有天文钟的卫星星座，而是使用来自遥远恒星的光和自己的天文钟来确定自己的位置。
NAS-14V2的演变变体也出现在其他战略飞机上，最著名的是B-2“精灵”隐形轰炸机。该系统平齐安装在B-2进气道附近的驾驶舱左侧。在像下面这样的空中加油照片中，你可以清楚地看到覆盖着天文追踪器的万向望远镜的平板大小的石英玻璃窗。其他天文导航系统，如洛克希德公司的AST-201，也被用于卫星上，以便它们能够独立定位。
另一个更先进的系统是是为B-1B设计的该系统的配置与NAS-14不同，但即使在SR-71“黑鸟”作战的衰落时期，该系统与INS相结合，据称也能够将飞机置于一个大约300英尺(约合30米)的空间和时间范围内。
将自动天体导航引入未来
新的天体跟踪器使用机械上不那么复杂的系统来提供天体跟踪，比如那些摆脱了万向架望远镜，取而代之的是一个非常宽角度的凝视传感器阵列。这项技术实际上在冷战结束后就已经出现了，比如诺斯罗普公司的光学广角镜头星追踪器(owl)，它使用全息镜头和传感器系统，灵敏度更高，因此更能探测到恒星。
最近，诺斯罗普·格鲁曼公司已经将其LN-120G星-惯性gps导航系统部署在RC-135侦察机上。这种相对紧凑的系统集成了现代INS系统、GPS和天体跟踪，即使在GPS欺骗或GPS拒绝的环境中也具有三倍冗余能力和积极的性能。考虑到这些飞机在潜在敌对国家的边界附近作战，这是一种非常好的能力。
今天，这种类型的能力可以进一步小型化，可能变成鞋盒大小的阵列和计算系统，使用多个凝视CCD阵列，一次连续扫描整个天空。这样的系统可以安装在战斗飞机或可能装在吊舱里从战术飞机机翼下伸出的。
甚至像F-35这样的战机分布式孔径系统(DAS)可能有能力，或者至少可以适应，提供高度精确的天体导航，作为系统其他战术功能之上的某种“后台应用程序”运行。它的记忆库里不是只有64颗恒星，而是有数千颗，这可能会大大降低早期系统的不准确性。
无论现代空中天文导航系统的具体配置如何，这种能力都可以在很大程度上克服GPS的损失。甚至有可能通过在高空飞行的飞机上安装天文导航和其他GPS拒绝技术来创建一个“虚拟GPS”系统，以支持下方操作的战术平台。这样的概念可以允许半集中式GPS替代方法，理论上不仅可以为飞机提供导航，还可以为其武器提供导航，至少在有限的时间和地理区域内。换句话说，只有这些高空飞行的飞机才需要像astronav这样的独特系统，但所有盟军的飞机和武器在直接作战环境中都将受益于它们，就像今天GPS的功能一样。
例如，高空、长航时三重奏(HALE)隐形无人机，比如模糊的RQ-180，甚至高空飞行的B-21轰炸机可以在战术飞机、巡航导弹等打击力量进入敌方领空之前或一起进入空射诱饵．这些HALE平台将使用自动天体导航系统和其他先进的GPS拒绝导航战术，以在任何时候建立一个非常准确的位置，然后他们可以将这些信息与下面的战术平台和弹药进行数据链接。
这将使这些资产能够在时间和空间上进行高度精确的定位。基本上，这是一个临时的、可生存的GPS网络。因为它不是持久的，所以很难降级或完全阻塞。如果可以的话专有数据链，尤其是方向性的，比如f - 35的MADL而不是像gps一样的全方位信号或Link 16信号，它的生存能力可能更强。
为了未来，无人作战飞机蜂拥而至可以利用天体导航，也可以以更便宜的“分布式”方式做到这一点。并不是一个蜂群中的所有无人机都需要这样的系统，比如每个师或子蜂群只需要一个系统，比如6到12架飞机。这架飞机可以向同级其他无人战机提供最新定位信息。如果无人驾驶飞机丢失或任务中止，该师可以简单地与另一个功能正常的天文导航携带单位联合。通过将多架配备天文导航系统的无人机在大面积内联网，也可能实现效益和精度的提高。
将这种能力与其他能力相结合，如小型原子钟和/或BAE的机会信号导航(NAVSOP)，利用环境中现有的电磁辐射，如手机塔和电视信号，甚至是GPS干扰器本身的发射，以提供定位信息，或机载原子钟，或雷达图像匹配概念，可能导致高度可靠和冗余的自动化导航能力，而不需要天基协助。
这里的底线是，我们根据经验知道，天体导航，最古老的导航形式，在自动化形式下工作得非常好，考虑到自冷战结束以来技术的发展，特别是在自动化和传感器方面，天体导航概念很可能在小型化和精度方面取得巨大突破。这样做可以使美国在未来的高端作战场景中获得决定性的优势，其中一些场景可能包括美军自行干扰自己周围的GPS。
几年前，我就预测业余爱好者喜欢的小型无人机将成为现代战场的祸害还有未来的恐怖杀手。可悲的是，现实已经到来，而未来成群的小型无人机会成为主流的军事能力吗很少建立动能防御现在已经在地平线上了。但这一概念的致命弱点是小型廉价无人机完全依赖于GPS导航．因此，在友军阵地、船只、飞机跑道和其他关键基础设施周围拒绝使用GPS可能是唯一现实的防御方法。换句话说，拥有以任何方式“关闭”GPS的能力，而不会对自己的军事行动产生重大影响，这可能是未来冲突中的巨大战略优势。
天文导航2.0的时间到了
一个astro-navigation文艺复兴已经开始在美国海军，由于失去GPS功能的威胁，海军再次向水手们教授古老的技能。越来越多的人要求在舰艇上部署新的自动天文导航系统，以增强，甚至在战争情况下取代GPS在其综合导航套件中的地位。如果这种技术开始被陆军评估为陆地作战用途，也不要感到惊讶。
当然，这些系统也有局限性，恶劣的天气和战场上的遮蔽物会大大限制它们的使用。但这些问题对飞机的影响要小得多，尤其是那些具有战略目的的高空飞行飞机。
最终，恢复这一冷战时期的概念似乎是提供一支更有弹性、能够应对未来敌人战术的作战部队的最简单方法之一。当这些系统与其他新兴的反GPS拒接技术配合使用时，它们可以为GPS提供一种强有力的替代方案，以至于美国作战人员可以在没有GPS服务的情况下也能做到这一点，从而在与没有受益于这种能力的敌人的战斗中获得优势。
最重要的是，asto-nav再次提醒人们，今天军事规划者面临的一些最棘手的问题，完全可以用曾经被认为过时的技术来解决。说到天体导航，“回顾未来”可能比简单地展望未来容易得多。
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