【环球时报特约记者 晨阳】随着新(xin)一轮月球探测和开发计划的热度提(ti)升，建立月球导航系统的提(ti)议也被摆上日程。据香港(gang)《南(nan)华早报》7月14日报道，中国科学家近日提(ti)出了一项设计方案，拟(ni)建立一个类似于(yu)北斗导航系统的能服务于(yu)全月面的通信导航星座。此(ci)前美国、欧洲和日本均(jun)提(ti)出了各(ge)自的月球导航计划。那么建立月球导航系统的挑战在哪里？
中国学者提(ti)出月球导航计划
《南(nan)华早报》援引6月在《中国空(kong)间(jian)科学技术》期刊上发表的论文称，中国研究(jiu)团队综合考虑了中继通信、月面导航、星座建设及维护成本等方面的各(ge)项指(zhi)标，提(ti)出由21颗卫星组成的近月空(kong)间(jian)导航星座设想(xiang)方案，目标是为人类在月球长期、高(gao)密度的探测活动提(ti)供长时间(jian)的高(gao)精度导航。
《南(nan)华早报》称，目前在地球表面或近地空(kong)间(jian)，主要使用美国全球定位系统（GPS）、中国的北斗卫星导航系统、欧洲的“伽(ga)利(li)略(lue)”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(ti)供全天候、高(gao)精度的定位导航等服务。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，用户能利(li)用至少(shao)4颗卫星的信号组合来精确定位和获取时间(jian)信息。
而中国科学家提(ti)出的月面导航方案也与此(ci)类似，导航时要求至少(shao)4颗卫星同时对(dui)目标可见。报道称，该研究(jiu)还提(ti)出一种近月空(kong)间(jian)星座建设路线，分三个阶段逐步实现对(dui)全月的导航。中国研究(jiu)团队表示，后续研究(jiu)将结合轨道参数优化技术，形成更系统的月球导航方案。
报道提(ti)到，虽然(ran)该论文没有给出具体建设时间(jian)表，但中国探月工程的初步方案和国际月球科研站(zhan)的规划此(ci)前已经公布：中国计划在2030年之前将航天员(yuan)送上月球，并在2035年前以月球南(nan)极为核(he)心，建成功能基本齐备、要素基本配套的国际月球科研站(zhan)，2045年前建成拓展型。
美欧日都已提(ti)出月球导航计划
近年来，近月空(kong)间(jian)星座建设正在成为航天研究(jiu)的热点方向。伴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设想(xiang)也不断被提(ti)出。为满足美国“阿尔忒弥斯”载人登月计划的导航需求，2020年美国国家航空(kong)航天局（NASA）喷气推进实验(yan)室的科学家经过计算后确认，GPS卫星信号在38万公里外的月球附近依(yi)然(ran)能够提(ti)供服务，据称在月球轨道上的航天器能获取5-13颗GPS卫星的信号，定位精度在200到300米之间(jian)。
但如果想(xiang)在月球表面展开大规模的探测和开发活动，这样的定位精度就远远不够了。日本宇宙航空(kong)研究(jiu)开发机构（JAXA）的报告显(xian)示，运(yun)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只(zhi)有地面信号强度的1/30，而且(qie)由于(yu)月球自身的遮挡，月球背面也无法收到这些导航信号。同时月球表面覆盖环形山，来自地球的微弱(ruo)导航信号容(rong)易被山丘、火山口边缘挡住(zhu)，因(yin)此(ci)需要专门的中继通信卫星提(ti)供支(zhi)持。在月球通信的中继方面，中国已经有了成功经验(yan)，先后于(yu)2018年和2024年发射的鹊桥一号和鹊桥二号卫星为多项探月任(ren)务提(ti)供了中继通信支(zhi)持。
2020年，NASA为支(zhi)持“阿尔忒弥斯”计划提(ti)出了“月球网”架构，可以满足在月球表面和附近的宇航员(yuan)与航天器之间(jian)的通信需求，也可以让宇航员(yuan)和漫游车(che)能在崎岖的月球表面获得位置(zhi)和时间(jian)信息。为此(ci)NASA在2022年1月启(qi)动“月球通信中继与导航系统”，计划发射多颗运(yun)行在月球轨道上的卫星。2022年6月28日，美国“顶(ding)石(shi)”探测器升空(kong)。这个只(zhi)有微波炉(lu)大小的探测器被宣传为“世界上第一颗月球导航卫星”，其任(ren)务之一是验(yan)证并测试新(xin)型导航技术，以降低未来任(ren)务的风(feng)险。
欧洲也在推进月球通信服务计划。2021年，欧洲航天局（ESA） 发布“月光”计划，提(ti)出将在2027年前后建成可持续服务的月球共享(xiang)通信与导航系统（LCNS），并计划于(yu)2025年发射首颗“月球探路者”卫星，在椭圆冻结轨道上开展技术验(yan)证。
2022年，日本JAXA也提(ti)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，可为月球南(nan)极地区的探测器提(ti)供中继通信和导航定位服务。
想(xiang)建立月球导航系统不容(rong)易
尽管地球附近已经有四大全球导航定位系统，但想(xiang)要把它们“搬”到月球表面却(que)并不容(rong)易。NASA网站(zhan)介绍说，首先影响建设月球导航系统的就是月球时间(jian)问题。NASA的最新(xin)计算表明，根(gen)据相对(dui)论的“时间(jian)膨胀”效应(ying)，相比地球表面时间(jian)，月球表面时间(jian)在每(mei)个地球日快57.5微秒，甚至月球表面与月球轨道上的时间(jian)也有差别。考虑到全球导航定位系统的授(shou)时精度已达到微秒级(ji)别，因(yin)此(ci)月球时间(jian)的这一影响不容(rong)忽视。而且(qie)月球目前没有独(du)立的时间(jian)标准。各(ge)国的探月计划都使用自己的时间(jian)尺(chi)度，并转换成“协调世界时”。但探月活动越来越多，月球时间(jian)的标准不统一问题日益严重(zhong)。2022年11月，全球航天机构和学术组织(zhi)的代表在欧洲航天局的欧洲空(kong)间(jian)研究(jiu)与技术中心召开会议，起(qi)草关于(yu)如何(he)定义月球时间(jian)的建议。国际计量局时间(jian)部部长帕特里齐亚·塔维拉(la)表示，如果不确立官(guan)方月球时间(jian)，各(ge)国航天机构和私人公司就会各(ge)按各(ge)的方案行事。
其次，NASA表示，四大全球导航定位系统是建立在全球大地测量观测系统（GGOS）基础上的，只(zhi)有通过后者才能获得统一、协调的地球表面坐标和海拔高(gao)度。但目前月球表面还没有建立类似的地理坐标系统?。美国国家地理空(kong)间(jian)情报局（NGA）正在推进相关的测量工作并建立“月球参考系统（LRS）”，但这需要大量的观测数据。NASA承认，预计它很难在近年的“阿尔忒弥斯”计划中发挥作用。
此(ci)外，月球导航计划在具体实施(shi)过程中还会受到月球自身形状和质量的影响。例如鹊桥二号中继星采用环月大椭圆冻结轨道作为使命(ming)轨道，就是由于(yu)月球外形结构不规则，靠(kao)近月球飞行的航天器受到月球引力等因(yin)素作用，飞行轨道易产生偏差。
值得注意的是，美国、欧洲和日本的月球导航计划正打算通过相互配合提(ti)供月球增强导航服务，并构建国际标准。美国和欧洲还将从2024年开始试点使用基于(yu)地球探测器发射的微弱(ruo)卫星导航信号计算月球上的位置(zhi)。