“在月球上“蹭”GPS 总共分几步？未来月球或许将有自己的卫星导航系统”

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美国太空网等媒体近日宣布，为实现重返月球的目标，美国国家航空空航天局( nasa )科学家开始对月球进行导航验证。 他们表示可以在月球上接收并采用现在地球轨道上的gps卫星发射的信号，定位精度可以达到200米到300米。

能用擦在月球上的gps信号导航吗？ 中国航天科学工业集团二院研究员杨宇光对科技日报记者说，这种做法行得通。

地球导航卫星信号可以润湿月球

已知导航卫星的信号波束都是向地球发射的，希望在卫星、地球、月球三者的位置关系满足一定要求的前提下，在月球上接收导航信号。

假设圆锥形的光从地球前面照射到地球上，想象一下月亮移动到地球斜后方的一定位置时，泄漏出来的光照射到的画面。

杨宇光说，导航卫星的信号主波束是这样的圆锥形，不仅覆盖地球，范围也有点大。 地球无法阻挡的信号，可以润湿月球。

gps星座由24颗卫星组成，均匀分布在6个轨道面上，在距离地面0公里高度的中圆轨道上飞行。 虽然不能说向月球发送信号的概率很低，但是可能不足以支持月球探测器像地球一样导航。

已知当在生活中采用导航软件时，为了实现准确定的位置，需要能够接收信号的导航卫星的数量，一般需要至少4个以上的卫星。 杨宇光说，在航天器的定位概念中，接收多个卫星信号实时计算自己位置的方法被称为几何轨道。

月球的宇宙飞船显然不能保证4个gps卫星信号，不能摩擦，所以有必要使用别的定位方法从动力学上确定轨道。 杨宇光说，例如月球航天器1点接收到a卫星的信号，2点接收到b卫星的信号，3点接收到c卫星的信号，就无法进行几何轨道确定，但通过在某个弧区间接收几个卫星的数据，最终可以计算出自己的轨道。 但是，这种方式消耗的时间很长。

另外，月球导航面临的中心问题是接收信号的强度。 杨宇光表示，gps卫星距离地球2万公里，到月球可能有40万公里左右，信号已经非常微弱。 因为用这个月球探测器接收信号的天线的尺寸很重要。 为了具有更强的信号接收能力，需要较大的天线，但是从航天器的开发、发射的立场来看，希望天线越小越好，这其中有矛盾。

但他认为，这不是无法克服的技术难题，需要付出一点代价。

专家建议建立月球导航卫星系统

事实上，人类开展航天活动以来，航天器的轨道、定位是不可缺少的。

杨宇光表示，以月球探测活动为例，美国阿波罗任务主要基于地面测量进行导航定位。 我国嫦娥任务也通过地面测量定位，将紫外月球传感器和其他传感器结合起来实现组合导航。 这种方法定位精度不高，但能满足绕月和月落过程的需要。

近年来，人类重新燃起了探测月球的热情，其目的也是半个世纪前从政治走向月球资源开发的首要服务。 因为这个月球探测活动会变得更多更复杂。 例如nasa为宇航员重返月球做准备，其前期任务是在月球南极附近的火山口开采冰层，为生活获取水分解成燃料所需的氢和氧。 未来的nasa宇航员将与前期发送的月球着陆车、补给车、挖掘等设备汇合。 这需要更准确的定位能力，是想利用gps导航的理由。

记者了解到，不仅是美国航天局，许多国家的航天专家都在开展月球导航研究。 杨宇光认为，未来实现这一目的最直接有效的方法是各国齐心协力在近月空期间建设时空基准，具备定位、授时功能。 简单地说，就是建立月球导航卫星系统。

他表示，迄今为止，人类在月球探测活动中采用的导航定位手段效果不太好，成本也很大，不太能满足未来月球开发的需要。 如果未来能在月球附近，例如月球拉格朗日的1点、2点、月球两极、绕月轨道等位置部署几颗导航卫星，就能为月球探测器、月球着陆器等提供准确的位置、速度新闻和时间基准，使月球探测活动更加安全、方便。 这也将成为未来月球基地建设的重要组成部分。

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深度空原子钟:让航天器自主导航

一般的汽车导航会随时告知驾驶员自己所在的方向和车速。 在太空飞行的太空船、探测器也需要这样的消息。

现在，这些太空飞机依赖地球上的导航器提供新闻进行导航。 具体而言，地面天线通过双向中继系统向航天器发送信号，航天器发送信号。 通过测量信号的往返时间，地面原子钟有助于明确航天器的位置。 这个导航意味着，无论太空搜索任务在太阳系行进到哪里，宇宙飞船都像连接在地球上的风筝一样，等待着来自地球的行驶指令。

另外，该导航方法面临着离地球越远，信号往返的时间越长，从几分钟到几个小时的问题。 以火星任务为例，信号往返需要40分钟。 来自地球的导航数据传输时间长，会对导航的正确性产生不良影响。 即使有1秒的误差，也可能意味着担负着在火星着陆任务的宇宙飞船将在十几万公里的地方掠过火星。

为此，美国国家航空空航天局( nasa )推进了深空原子钟的试验，目前深空原子钟已经用猎鹰重型火箭进入了太空。 据悉，nasa深度空与原子钟每秒量的一致度约为gps卫星原子钟的50倍，即每1000万年出现1秒的偏移。 这种新原子钟是利用带电的水银原子和离子进行计时的，而现在地球gps卫星上的原子钟是使用中性的铷原子进行计时的。 深空原子钟内部的水银原子带电荷，被电场封闭，不能与容器壁相互作用。 与此相反，gps原子钟内部的这种相互作用失去了铷原子的节奏。

有了深度空原子钟，宇宙飞船无需将信号发回地面原子钟进行测量，就可以测量跟踪信号从地球到达宇宙飞船的时间，宇宙飞船可以评估自己的轨道。

能够进行自我定位、自主导航的宇宙飞船，使宇航员能够在不受地球指令的情况下自行穿越太阳系。 由于飞船可以自我定位，宇航员可以更灵活地展开行动，更及时地应对事故。 (由记者付毅飞)