毅力号打破火星自动驾驶纪录:90%行程无需人类干预,靠“老电脑”完成壮举

摘要：本文将解析毅力号的自动驾驶突破、ENav算法的核心原理、火星自主导航的机遇与挑战，以及这一技术对深空探索的深远意义，为技术从业者、航天爱好者、行业观察者呈现专业且易懂的深度解读。

引言：在以往的火星探测任务中，无论是好奇号（Curiosity）还是机遇号（Opportunity）火星车，都主要依赖数百万英里外人类的指令，才能在火星表面安全导航。而毅力号（Perseverance）火星车则截然不同，它几乎完全自主地穿梭在布满巨石的陌生火星地表，一举打破了火星自动驾驶的历史纪录。截至登陆火星后的第1312个火星日（2024年10月28日），毅力号90%的行程都无需人类输入，而好奇号的自主行驶比例仅约6.2%。毅力号之所以能在计算资源极其有限的情况下完成这一壮举，归功于其专门设计的自主驾驶算法——增强型自主导航系统（Enhanced Autonomous Navigation，简称ENav）。

一、火星自主导航：机遇与挑战并存

火星自主导航既有独特优势，也面临着严峻挑战。从优势来看，火星表面几乎没有移动的物体——岩石和碎石斜坡虽然是难以逾越的障碍，但始终保持静止，这为火星车的路径计算和寻路提供了一致性和可预测性，无需应对突发的动态障碍物。

但另一方面，火星大部分区域仍是未被探索的未知地形，这给自主导航带来了巨大不确定性。“这种巨大的不确定性，是火星自主导航的主要挑战。”美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）机器人表面移动小组负责人、ENav算法联合开发者Masahiro “Hiro” Ono（小野正博）表示。

虽然在轨的火星勘测轨道飞行器（MRO）能提供一些火星地表图像，但这些图像的分辨率通常不足以支撑火星车的地面导航。2024年12月，NASA工程师首次测试了一种新的导航技术：利用基于Anthropic AI的模型分析MRO图像，生成导航点——即用于引导火星车路径的坐标——以实现更全面的自动化导航。不过目前，毅力号的大部分导航仍需依赖自身拍摄的图像，自主分析数千条可能的路径，最终选择不会导致自身损坏的安全路线。

二、硬核突破：用“90年代老电脑”，实现火星自主驾驶飞跃

毅力号自主导航最令人惊叹的地方在于：它完成这一切，仅依靠相当于苹果1990年代末推出的iMac G3电脑的计算能力。之所以采用如此“简陋”的计算硬件，核心原因是火星车的处理器必须经过辐射硬化处理——这一过程能让处理器抵御火星表面极端的太阳辐射和宇宙射线。

在毅力号研发期间，其实有计算能力更强的辐射硬化CPU可供选择，但目前所用的处理器已被证明能在太空恶劣环境中稳定运行。更重要的是，这款处理器与好奇号火星车所用的完全相同——NASA通过复用前序任务的硬件，既能降低研发成本，也能最大限度减少风险，确保任务的可靠性。截至2025年12月，毅力号已在火星表面行驶近40公里（约25英里），任务团队通过地面测试确认，其车轮旋转执行器至少还能支持再行驶60公里，所有系统均能稳定运行至2031年，为长期探测奠定了坚实基础。

三、ENav算法解析：精打细算，用有限算力实现高效导航

面对有限的计算资源，ENav算法的设计极具策略性——仅在复杂地形行驶时，才启动最耗算力的运算，最大限度节省资源。其核心工作流程清晰且高效，完美适配有限算力场景：

首先，毅力号通过自身搭载的相机拍摄周围环境图像，随后分析这些图像，评估约1700条可能的前进路径，这些路径通常在火星车当前位置6米范围内，确保路径评估的精准性和高效性；接着，算法会根据行驶时间、地形粗糙度等因素，对所有可能的路径进行排序；最后，仅对排名靠前的少数几条路径，运行计算量巨大的碰撞检测算法ACE（近似间隙估计），确保所选路径绝对安全。

这种“先筛选、后精查”的策略，既保证了导航的安全性，又避免了不必要的算力消耗，让“老电脑”也能支撑复杂的自主导航任务。值得一提的是，NASA后续还研发了基于机器学习的MLNav算法，通过模仿人类驾驶员的直觉排序路径，进一步优化导航效率，在复杂地形上的成功率从69.9%提升至78.8%，同时减少了路径低效性和过度思考率，未来有望应用于更先进的火星车导航。

一张毅力号火星车在火星表面的行驶路径图清晰展示了其探索轨迹，截至2024年10月，毅力号已行驶超过30公里（18.65英里），并收集了24份岩石和风化层样本，这些样本为探索火星远古生命痕迹提供了重要线索。2025年6月19日，毅力号更是创下了单日自主行驶411.7米的新纪录，进一步印证了其自主导航系统的强大性能。

四、实地探索：ENav助力，向火星远古三角洲全速前进

毅力号于2021年2月18日登陆火星，在登陆后的前64个火星日，它主要在人类的严密导航监督下运行，逐步适应火星环境。此后，它便开始主要依靠ENav算法，向其主要探索目标之一——数十亿年前曾流入杰泽罗陨石坑（Jezero Crater）的远古河流形成的三角洲进发。科学家认为，这里是寻找火星远古生命痕迹（若火星曾存在生命）的最佳地点之一。

在对登陆点西南方向的区域进行短暂探索后，毅力号沿着沙丘逆时针方向，以稳健的速度向远古河流三角洲推进，平均每个火星日行驶201米（由于火星夜间温度过低，火星车无法在夜间行驶）。仅用24个火星日的行驶时间，毅力号就深入三角洲山麓约5公里，当月95%的行驶都采用自主驾驶模式，创下了火星自主行驶的空前纪录。

与前代火星车相比，毅力号的自主驾驶速度实现了质的飞跃。小野正博解释道：“像好奇号这样的前代火星车，在前进前必须停下来‘思考’路径，这是好奇号自主行驶速度缓慢的主要原因。” 而毅力号则能实现“边思考边行驶”：“有时毅力号确实需要停下来思考，尤其是在无法快速找到安全路径时，但大多数情况下，尤其是在平坦地形上，它可以不停歇地持续行驶——这让它的自主行驶速度提升了一个数量级。”

在此之前，机遇号保持着火星单日自主行驶的纪录，单日最高自主行驶109米。而在2023年4月3日，毅力号以单日331.74米的自主行驶距离（总行驶距离347.69米），打破了这一纪录；到2025年6月，其单日自主行驶纪录进一步刷新至411.7米，持续刷新火星自动驾驶的极限。

五、深远意义：自主导航，开启深空探索新征程

小野正博表示，ENav算法的微调耗费了大量心血，但他对其表现非常满意。同时他强调，如果人类想要继续深入探索太空，那么推进自主导航技术的发展至关重要——随着探索距离的增加，地球与火星车及其他航天器之间的通信将变得越来越困难，延迟也会大幅增加，自主导航能力将成为深空探索的核心支撑。

“如果我们想要更深入地探索太空，太空系统的自动化是一条不可阻挡的道路。” 小野正博说道，“这是我们突破太空探索边界、开拓新领域必须走的方向。” 毅力号的自主驾驶突破，不仅为火星探测提供了更高效、更安全的导航方式，也为未来的月球探测、小行星探测等深空任务，提供了宝贵的技术借鉴，推动人类向更遥远的太空迈进。

如今，毅力号仍在火星表面持续探索，其搭载的ENav算法不断积累真实火星地形数据，持续优化导航性能。随着技术的不断迭代，未来的火星车将具备更强的自主能力，能够深入更多未知区域，为人类揭开火星的更多奥秘。

【结尾互动】你认为毅力号的ENav算法，能为地球自动驾驶技术提供借鉴吗？未来火星车的自主导航，还能突破哪些极限？欢迎在评论区留言讨论，下方加关注，获取更多前沿航天与AI技术解读～

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