在月球上能蹭GPS我国航天人这个办法行得通

（原标题：在月球上“蹭”GPS一共分几步？）

本报记者 付毅飞

美国太空网等媒体近来发布音讯称，为完成重返月球的方针，美国国家航空航天局（NASA）科学家开端进行“月球导航”验证。他们表明现在地球轨迹上的GPS卫星发射的信号，在月球上可以接纳运用，定位精度能到达200米至300米。

在月球上竟能用“蹭”到的GPS信号导航？中国航天科工集团二院研讨员杨宇光对科技日报记者表明：“这个办法行得通。”

地球导航卫星信号能让月球“叨光”

众所周知，导航卫星的信号波束都是朝向地球发射的，想在月球上接纳到导航信号，条件是卫星、地球、月球三者的方位联系满意必定要求。

无妨幻想一幅画面：假定导航卫星是一盏灯，从地球“前面”宣布圆锥形的光束照向地球，那么当月球运转到地球“斜后方”必定方位时，就能被漏过来的光线照到。

杨宇光表明，导航卫星的信号主波束正是这样一个圆锥形，不仅能掩盖地球，并且规模还稍宽一点。地球挡不住的信号，就能让月球“叨光”。

GPS星座由24颗卫星组成，它们均匀分布在6个轨迹面，在间隔地上20200公里高度的中圆轨迹上飞翔。应该说，能把信号传向月球的概率并不低，但或许不足以支撑月球上的探测器像在地球相同导航。

我们在日子中运用导航软件时都知道，要完成准确认位，对能接纳到信号的导航卫星数量有要求，一般至少需求4颗以上卫星。杨宇光说，在航天器定位概念中，这种经过接纳多颗卫星信号实时核算自己方位的办法被称作几许定轨。

而月球上的航天器明显无法确保能一起“蹭”到4颗GPS卫星信号，这就需求选用另一种定位办法——动力学定轨。杨宇光说，比方月球航天器在1点钟收到了A卫星的信号，2点收到B卫星信号，3点收到C卫星信号……它不或许完成几许定轨，但可以终究靠在一段时刻内，收到几颗卫星在某个弧段发来的数据，终究核算出自己的轨迹。只不过这种办法花费的时刻较长。

此外，月球导航面对的中心问题是接纳信号的强度。杨宇光说，GPS卫星距地球2万公里，再到月球，间隔或许到达40万公里左右，信号现已非常弱小。因此月球探测器上接纳信号的天线有多大尺度成为要害。要具有更强的信号接纳才干，就需求大天线，但从航天器研发、发射视点来说，却期望天线越小越好，其间存在对立。

不过他以为，这并非无法霸占的技能难题，仅仅要多支付一些价值。

专家建议打造“月球导航卫星体系”

事实上，自从人类展开航天活动以来，航天器的测轨、定位就必不可少。

杨宇光介绍说，以探月活动为例，美国阿波罗使命首要是根据地上的测控进行导航定位。我国的嫦娥使命，也是经过地上测控定位，结合紫外月球灵敏器以及其他传感器完成组合导航。这样的办法定位精度并不高，但可以彻底满意绕月或落月进程的需求。

近年来，人类重燃探月热心，其意图也由半世纪前首要服务于政治转向开发月球资源，因此探月活动将更为杂乱。例如NASA正在为宇航员重返月球做准备，其前期使命包含在月球南极邻近的火山口中挖掘冰层，获取水用于日子并分解为燃料所需的氢和氧。未来NASA宇航员还要与前期发送的登月车、补给车、钻井等设备会集。这都需求具有较为准确的定位才干，这也正是他们期望运用GPS导航的原因。

记者了解到，其实不但NASA，多国航天专家都在展开月球导航研讨。杨宇光以为，未来完成这一意图最直接有用的途径，是各国合力在近月空间建造时空基准，具有定位、授时功用。简言之，便是打造一套“月球导航卫星体系”。

他说，到现在，人类在探月活动中运用的导航定位手法作用都不是很好，有的价值也很大，很难满意未来的月球开发需求。假如未来能在月球邻近，例如地月拉格朗日1点、2点、月球南北极以及绕月轨迹等方位布置几颗导航卫星，就可以为环月飞翔器和月球着陆器等供给准确的方位、速度信息和时刻基准，然后让探月活动愈加安全、快捷。这也将是未来月球基地建造的重要组成部分。

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深空原子钟：让航天器自主导航

一般的导航仪让驾驶者随时清楚自己地点方位和车速。在太空中飞翔的太空船、探测器也需求这样的信息。

现在这些太空飞翔器依靠地球上的导航器供给信息进行导航。具体来说，地上天线经过双向中继体系向航天器发送信号，然后航天器把信号发射回来。经过丈量信号的往复时刻，地上原子钟可以在必定程度上协助确认航天器的方位。这种导航办法意味着，不管太空探究使命在太阳系中跋涉至何处，航天器依然像一只被拴在地球上的风筝，等候来自地球的跋涉指令，才干持续前行。

并且这种导航办法还面对一个问题——离地球越远信号来回的时刻越长，从几分钟至几小时不等。以火星使命为例，信号来回需求40分钟。来自地球的导航数据传输时刻很长，会对导航准确性发生晦气影响。即便一秒的差错也或许意味着担负登陆火星使命的航天器将从十几万公里的当地掠过火星。

为此，美国国家航空航天局（NASA）推进了深空原子钟的实验，现在深空原子钟现已搭乘“猎鹰”重型火箭进入太空。据悉，NASA的深空原子钟对每一秒计量的共同程度大约是GPS卫星上原子钟的50倍——也便是每1000万年才会呈现1秒钟的误差。这种新的原子钟运用带电的汞原子或离子来计时，而现在地球GPS卫星上的原子钟则运用中性的铷原子来计时。因为深空原子钟内部的汞原子带有电荷，它们会被困在电场中，因此无法与其容器壁相互作用；相比之下，GPS原子钟内部的这种相互作用会导致铷原子失掉节奏。

有了深空原子钟，航天器将用其来丈量追寻信号从地球抵达飞船所需的时刻，而无需将信号发回地上的原子钟进行丈量，这将使航天器可以判别自己的轨迹。

能自我定位、自主导航的航天器可以使宇航员在不需求接纳地球指令的状况下，自行穿越太阳系。因为航天器能自我定位，宇航员就可以愈加灵敏地展开举动，更及时地对意外状况作出反应。

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