在月球上建立卫星导航系统，美日欧联合发力！中国准备得怎样了？

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以后在月球上不用怕迷路，因为中国准备开发月球导航系统了。

今年6月，中国科学家设计了一套月球导航系统方案，其实，在此之前，美日等国都有月球导航的构想，不过只停留于构想层面，始终未能实现。

中国的这套方案与他国相比有什么不同，能够顺利实现吗？

迄今为止，在地球上使用的导航系统共有四个，分别是美国的GPS，中国的“北斗”，欧洲的“伽利略”，以及俄罗斯的“格洛纳斯”。

在这四大导航系统中，美国的GPS是最早出现的一个，发展多年，如今已成为全球应用最广泛的导航系统，拥有30亿庞大用户群体。

GPS系统由24颗卫星组成，这些卫星4颗为一组，分布在6个不同轨道上，能够对全球进行定位，精度很高，光是民用的就达到了10米。

美国曾靠着GPS独霸全球多年，也积累总结了许多技术经验，如今要在月球上建个导航系统，作为“老师傅”的美国，应该是众望所归的那个。

可他们却提出了一个离谱的计划，不准备建新的，直接准备在月球上用上老掉牙的GPS。

他们对自己的系统很有仔细，2020年，美国国家航空航天局的一群科学家，在实验室里压着草稿做计算，最后稿纸如山，得出惊人结论：

即便远在38万公里外的月球，依然能收到GPS信号。

据他们所说，这结论不是靠几个数据就得出，还有实例，他们发现位于月球轨道上的航天器，能获取到GPS信号，精度甚至高达200米，进一步证明结论的正确性。

虽然GPS确实有很高的技术含量，但是想隔着38万公里对月球导航，实在有些不靠谱。

很快，日本宇宙航空研究开发机构，就甩出一份研究报告，让美国认清了现实，研究发现，在月球附近确实能收到GPS的信号，但与地球相比，强度只到三十分之一。

信号弱也就算了，月球上面还有许多大山阻挡，再加上月球背面几乎无法收到信号。

所以，想沿用GPS来对月球进行导航，完全没有实现的可能。

从地球上导航不行，如何才能实现月球导航呢？只能靠中继星。

在这方面，我国是最有经验的，我国在2018年成功发射了第一颗中继卫星，今年上半年又发射了鹊桥二号，成功帮助嫦娥六号完成月背采样，战功卓著。

美国显然不满足一颗小小中继卫星，美国国家航空航天局早在2020年，就提出了一个“月球网”架构。

按美国设想，准备在月球椭圆冻结轨道上部署2-3颗中继星，为月球南极、背面等偏僻区域探索提供通信支持。

不过，这虽然听起来很厉害，但也只是计划。

在2022年，美国国家航空航天局有了新动作，他们计划向月球轨道发射几颗卫星，构建出“月球通信中继与导航系统”。

到2022年，美国向月球轨道发射了一个名叫“顶石”的卫星。

这颗卫星是长着翅膀的立方体，长20厘米，宽20厘米，高34.05厘米，重25公斤，跟个微波炉差不多，却称“世界上第一颗月球导航卫星”。

在这颗卫星发射的前一年，欧洲航天局也不甘示弱，提出一个名叫“月光”的计划，听起来很浪漫。

他们计划在2027年前后，建成一个“月球共享与导航系统”，由于时间紧迫，准备在明年就发射第一颗“月球探路者”卫星，为这个计划起个头。

与此同时，曾戳破美国幻想泡泡的日本宇宙航空研究开发机构，也准备发射8颗卫星，建造“月球导航卫星系统”，连月球南极地区的导航业务也包揽。

虽然月球导航各有各的想法，但真正实施月球导航，不光是发射几颗卫星就能完事，这让很多国家望而却步。

这其中的难点有三，一个是时间，一个是地面系统，还有一个是月球的特殊形状。

时间不是实实在在的东西，最是飘忽不定。

在地球上六十分钟是一小时，二十四小时是一天，在月球上不一样，月球比地球小得多，引力也比地球弱，时间流速要比地球快58.7微秒。

虽然1微秒只有1秒的百万分之一，这点差距根本觉察不到，可如今导航定位系统的精度已经达到微秒级，58.7微秒足以谬之千里。

月球时间一直悬而未决，各国在进行探月时，只得先用自己的时间，然后换算“协调世界时”。

美国倒是“热心肠”，为解决月球时间不同意问题，今年4月2日，白宫向美国国家航空航天局下达指令，让他们为月球，包括未来准备登录的其他天体，都定个时间。

这个时间被叫做“月球协调时”，按照计划将在2026年制定出来正式使用。

此消息一出，曾签署过《阿耳忒弥斯协议》的国家，立刻与美国站同一条战线上，致力推动“协调月球时”成为国际标准。

有了一个准确的时间参考，未来登月自然方便许多，但美国目的并没有这么单纯。他们这样做，是想率先占据制定规则的权利，就像当年制定美元规则一样。

除了时间问题外，缺失的地面测量系统，也是月球导航的一大难题。

如今地球上卫星导航系统，之所以能看穿复杂的地面环境，进行精准的定位，可不止天上挂着的卫星在起作用。

在地面上，还有一个大地测量观测系统，有来这套系统的加持，天上的几颗卫星，才能混得风生水起。

可月球上却是空空如也，并没有这样的系统。

此前，美国国家地理空间局准备建设“月球参考系统”，可后来一盘算，没有足够观测数据，建不了。

月球导航系统最后一个难度，跟月球的形状有关。

月球虽叫做“球”，在地上抬头一看也是个圆盘，但真正的月球并不是标准的球，而是一个三轴椭球体。

因为面向地球的是最大的一头，所以我们看到的月球是圆的。

因为月球这种不规则形状，使得轨道上的航天器容易受引力等各种因素，产生偏差。

我国在发射鹊桥二号时就注意到了这个问题，所以发射在环月大椭圆冻结轨道上，这是一个相对稳定的轨道，航天器在这里的出现的偏差是最小的。

知道建立月球导航系统困难重重，所以美国、日本、欧洲并不打算单干，三方势力联合，并准备构建一套他们说了算的国际标准。

这时候的中国，又是如何准备的呢？

今年6月，中国研究团队通过对中继通信、月面导航、星座建设等方面的总和研究，最终提出了“导航星座”的方案，用于实现月球导航。

这套导航系统由21颗卫星组成，分三个阶段对月球进行四重全面覆盖。

第一阶段，部署2颗冻结轨道卫星。冻结轨道指的是偏心率和近地点幅角保持不变的轨道，是由月球南北不对称的引力场造成的特殊轨道，简言之，一个相对稳定的轨道。

有了这2颗卫星，月球偏僻的南极地带，就能实现100%的一重全面覆盖，保证这一地区通信顺畅。

接着到第二阶段，再次部署6颗冻结轨道卫星，以及2颗近直线晕轨道卫星、1颗L2晕轨道卫星。晕轨道是地月系统的特殊轨道，相当于前往环月轨道的缓冲区。

这里的L2其实算是一颗中继卫星，除这颗卫星外，还有一颗类似的L1卫星，两颗卫星的作用，是解决月球一些地方接受不到信号的问题。

其中一个是南极，因为南极对地球仰角小，信号容易被高山遮挡，一个是月球背面。

L2负责月背通信，有了第二阶段部署，月球背面也实现了100%的一重覆盖，此时站在月球任何位置，都能与地球通信。

接着到了第三阶段，部署4颗椭圆冻结轨道卫星、2颗近直线晕轨道卫星、1颗L1晕轨道道卫星。

三阶段完成，整个月球也已经实现了100%四重覆盖，已经能够对月球的任何地点，进行全时导航定位。

在这项方案在实施之前，还要结合轨道参数进一步优化，精益求精，使其成为完美的星座构型。

现如今，美国、日本、欧洲三方合力，我国看似孤军奋战，实则是无数的科研人员在并肩作战。

究竟谁先在月球上建好导航系统，又是谁先在月球建设基地，拼的不是没有实现的设想，而是真正的实力。

信息来源：

大象新闻 2024-08-23《中国要在月球搞基建！美国急欲统一“月球计时”｜新闻眼》

观察者网 2024年07月14日《北斗"绕月版"？我国科学家：全月面导航需21颗卫星》

环球时报 2024-07-17《多国布局月球导航系统》