多国布局月球导航系统 美欧日都已提出月球导航计划

多国布局月球导航系统 美欧日都已提出月球导航计划随着新一轮月球探测和开发计划的普及,建立月球导航系统的建议也被提上了议事日程。据《南华早报》7月14日报道,中国科学家最近提出了一个设计计划,建立一个类似于北斗导航系统的通信导航星座,可以服务于全月。美国、欧洲和日本都提出了自己的月球导航计划。那么,建立月球导航系统的考验在哪里呢?

中国学者提出月球导航计划

《南华早报》援引6月份在《中国空间科技》期刊上发表的一篇论文称,中国研究团队综合考虑了中继通信、月球导航、星座建设和维护成本等指标,提出了由21颗卫星组成的近月空间导航星座构思方案,目标是为人们在月球上的长期高密度检测活动提供长期高精度导航。多国布局月球导航系统 美欧日都已提出月球导航计划

NASA的“月球网”架构可以为月球周围提供导航和通信服务。

据《南华早报》报道,美国全球定位系统主要用于地球表面或近地空间。(GPS)、中国的北斗卫星导航系统、欧洲的伽利略卫星导航系统和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统为全球用户提供全天候、高性能的定位导航服务。这些全球卫星导航系统通常由20-35颗卫星组成,精度可达数米,用户可以使用至少4颗卫星的信号组合来准确定位和获取时间信息。

中国科学家提出的月球导航计划也与之相似,要求至少有4颗卫星同时可见目标。报告称,该研究还提出了近几个月的空间星座建设路线,分为三个阶段逐步实现全月导航。中国研究小组表示,后续研究将结合轨道参数优化技术,形成更系统的月球导航计划。

报告提到,虽然论文没有给出具体的建设时间表,但中国月球探索项目初步计划和国际月球研究站计划已宣布:中国计划在2030年前将宇航员送到月球,2035年以月球南极为核心,建设功能基本齐全,基本要素支持国际月球研究站,2045年前完成扩建。多国布局月球导航系统 美欧日都已提出月球导航计划

美国、欧洲和日本都提出了月球导航计划

近年来,近几个月来,空间星座建设逐渐成为航天研究的热点方向。随着越来越多的月球探测和开发活动,建立月球导航系统的想法逐渐被提出。为了满足美国“阿尔特弥斯”载人登月计划的导航需求,2020年,美国国家航空航天局(NASA)经过计算,喷气推进实验室的科学家们确定,GPS卫星信号仍然可以在38万公里外的月球周围提供服务。据报道,月球轨道上的航天器可以获得5-13颗GPS卫星信号,定位精度在200到300米之间。

但是,如果你想在月球表面进行大规模的探测和开发活动,这种定位精度远远不够。日本宇宙航空研发机构(JAXA)报告显示,运行在地球附近的全球卫星导航系统在38万公里外的月球附近的信号强度仅为路面信号强度的1/30,由于月球本身的阻塞,月球背面无法收到这些导航信号。同时,月球表面覆盖着环形山脉,地球上微弱的导航信号容易被山丘和火山口的边缘堵塞,因此需要特殊的中继通信卫星来支持。在月球通信的中继方面,中国已经有了成功的案例。2018年和2024年发射的鹊桥1号和鹊桥2号卫星为许多月球探索任务提供了中继通信支持。

2020年,美国宇航局提出了“月球网”架构,以支持“阿尔特弥斯”计划,可以满足月球表面和附近宇航员和宇航员之间的通信需求,并允许宇航员和漫游车在崎岖的月球表面获得位置和时间信息。因此,美国宇航局于2022年1月启动了“月球通信中继和导航系统”,计划在月球轨道上发射多颗卫星。2022年6月28日,美国的“顶石”探测器起飞。这种只有微波炉大小的探测器被宣传为“世界上第一颗月球导航卫星”,其任务之一是验证和测试新的导航技术,以降低未来任务的风险。多国布局月球导航系统 美欧日都已提出月球导航计划

欧洲也在推进月球通信服务计划。2021年,欧洲航天局将于2021年推进月球通信服务计划。(ESA) 发布“月光”计划,提出在2027年前后建立可持续服务的月球共享通信导航系统(LCNS),并计划于2025年发射第一颗“月球探路者”卫星,在椭圆冻结轨道上进行技术验证。

2022年,日本JAXA还提出“月球导航卫星系统”(LNSS)计划在月球椭圆轨道上部署8颗卫星,为月球南极地区的探测器提供中继通信和导航定位服务。

建立月球导航系统并不容易

虽然地球周围有四个全球导航定位系统,但要把它们“移动”到月球表面并不容易。NASA网站表示,首先影响月球导航系统建设的是月球时间问题。NASA的最新计算表明,根据相对论的“时间膨胀”效应,月球表面时间比地球表面时间快57.5微秒,甚至月球表面和月球轨道上的时间也有所不同。考虑到全球导航定位系统的授时精度已达到微秒级,月球时间的影响不容忽视。目前,月球没有单独的时间标准。各国的探月计划都利用自己的时间尺度,转化为“协调世界”。但探月活动越来越多,月球时间标准不统一的问题日益严重。2022年11月,全球航天机构和学术机构代表在欧洲航天局欧洲空间研究技术中心召开会议,制定关于如何定义月球时间的意见。国际计量局时间部长帕特里齐亚·塔维拉说,如果官方月球时间没有确立,各国的航天机构和私营公司将按照自己的计划做事。多国布局月球导航系统 美欧日都已提出月球导航计划

NASA表示,四大全球导航定位系统都是基于全球大地测量观测系统(GGOS)在此基础上,只有通过后者才能获得统一和协调的地球表面坐标和海拔高度。但目前还没有在月球表面建立类似的地理坐标系统。美国国家地理空间情报局(NGA)推进相关测量工作,制定“月球参考系统”(LRS)但这需要大量的观测数据。美国宇航局承认,它不能在近年来的“阿尔特弥斯”计划中发挥作用。

月球导航计划在实际实施过程中也会受到月球本身形状和质量的影响。例如,喜鹊桥2号中继星选择月球大椭圆冻结轨道作为使命轨道,由于月球形状结构不规则,靠近月球的飞机受到月球引力和其他因素的影响,飞行轨道容易产生误差。

值得注意的是,美国、欧洲和日本的月球导航计划正准备通过相互合作提供月球增强导航服务,并建立国际标准。美国和欧洲也将从2024年开始试点使用基于地球探测器的微弱卫星导航信号来计算月球的位置。