【文/觀察者網(wǎng) 嚴(yán)珊珊】據(jù)香港英文媒體《南華早報(bào)》7月14日?qǐng)?bào)道，中國(guó)科學(xué)家近日提出了一項(xiàng)設(shè)計(jì)方案，擬建立一個(gè)類似于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的能夠服務(wù)于全月面的通信導(dǎo)航星座。

報(bào)道援引6月在《中國(guó)空間科學(xué)技術(shù)》上發(fā)表的論文《近月空間星座軌道設(shè)計(jì)方法》介紹了這一研究進(jìn)展，該文作者為來(lái)自北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部的陳詩(shī)雨、倪彥碩以及中國(guó)航天科技集團(tuán)五院嫦娥八號(hào)探測(cè)器系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師彭兢。

中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)綜合考慮了中繼通信、月面導(dǎo)航、星座建設(shè)及維護(hù)成本三個(gè)方面的各項(xiàng)指標(biāo)，提出了由21顆衛(wèi)星組成的近月空間導(dǎo)航星座設(shè)想方案，旨在采用可持續(xù)和成本效益好的方式，為人類在月球長(zhǎng)期、高密度的探測(cè)活動(dòng)提供長(zhǎng)時(shí)間的高精度導(dǎo)航。

《南華早報(bào)》提到，雖然該論文沒(méi)有給出具體建設(shè)時(shí)間表，但中國(guó)探月工程的初步方案和國(guó)際月球科研站的規(guī)劃已經(jīng)公布：中國(guó)計(jì)劃在2030年之前將航天員送上月球，并在2035年前以月球南極為核心，建成功能基本齊備、要素基本配套的國(guó)際月球科研站，2045年前建成拓展型。

論文截圖

據(jù)該論文介紹，月球南極對(duì)地球仰角極小，易被月面環(huán)形山遮擋，難以保證直接對(duì)地的測(cè)控通信鏈路。而月球背面由于被月球遮擋，也無(wú)法通過(guò)地基測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測(cè)控通信。因此，需要在包括地月L1、L2平動(dòng)點(diǎn)的近月空間部署中繼衛(wèi)星，輔助月球南極極區(qū)和背面對(duì)地測(cè)控通信。

地月拉格朗日點(diǎn)，鵲橋一號(hào)中繼星就在L2點(diǎn)的暈軌道，而鵲橋二號(hào)則在繞月軌道澎湃新聞

“近月空間導(dǎo)航星座可為月面移動(dòng)、著陸和起飛等任務(wù)提供實(shí)時(shí)高精度導(dǎo)航定位，是支持人類在月球長(zhǎng)期、高密度的探測(cè)活動(dòng)所必要的基礎(chǔ)保障?！蔽恼聦?xiě)道。

《南華早報(bào)》在梳理該論文的研究方案時(shí)提到，目前在地球表面或近地空間，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)正在被廣泛運(yùn)用，比如美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）和中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）應(yīng)用都很廣，為用戶提供全天候、高精度的定位、導(dǎo)航等服務(wù)。

報(bào)道介紹稱，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)通常由20-35顆衛(wèi)星組成，精度通常達(dá)到幾米，用戶能夠利用至少四顆衛(wèi)星的信號(hào)組合來(lái)定位和獲取時(shí)間信息。北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部研究團(tuán)隊(duì)的月面導(dǎo)航方案也與此類似，導(dǎo)航時(shí)要求至少4顆衛(wèi)星同時(shí)對(duì)目標(biāo)可見(jiàn)。

2024年6月25日，嫦娥六號(hào)返回器準(zhǔn)確著陸于內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域，工作正常，實(shí)現(xiàn)世界首次月球背面采樣返回。視覺(jué)中國(guó)

該研究提出一種近月空間星座建設(shè)路線，分三個(gè)階段逐步實(shí)現(xiàn)全月的100%四重覆蓋（四重覆蓋率指星座中至少存在4顆星同時(shí)對(duì)目標(biāo)可見(jiàn)的時(shí)間占比），三階段分別如下：

第一階段，部署2顆橢圓凍結(jié)軌道衛(wèi)星，可為月球南極極區(qū)提供全時(shí)對(duì)地中繼通信，實(shí)現(xiàn)月球南極極區(qū)100%一重覆蓋；

第二階段，部署6顆橢圓凍結(jié)軌道衛(wèi)星、2顆近直線暈軌道衛(wèi)星、1顆L2暈軌道衛(wèi)星，可為月球南極極區(qū)提供全時(shí)導(dǎo)航定位，同時(shí)實(shí)現(xiàn)月球極區(qū)及月球背面100%一重覆蓋，使全月任一位置的探測(cè)器或人類均可全時(shí)對(duì)地通信；

第三階段，部署4顆橢圓凍結(jié)軌道衛(wèi)星、2顆近直線暈軌道衛(wèi)星、1顆L1暈軌道衛(wèi)星、3顆遠(yuǎn)距離逆行軌道衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)全月100%四重覆蓋，可為全月任一位置的探測(cè)器或人類提供全時(shí)導(dǎo)航定位。

研究團(tuán)隊(duì)表示，后續(xù)研究中將結(jié)合軌道參數(shù)優(yōu)化技術(shù)，形成更加系統(tǒng)的近月空間星座優(yōu)化方法，對(duì)軌道類型等離散變量和軌道參數(shù)等連續(xù)變量進(jìn)行全局優(yōu)化，從而得到理論上最優(yōu)的星座構(gòu)型。

近年來(lái)，近月空間星座建設(shè)正在成為航天研究的熱點(diǎn)方向。中國(guó)先后于2018年和2024年發(fā)射了“鵲橋一號(hào)”和“鵲橋二號(hào)”中繼星，為多項(xiàng)探月任務(wù)提供中繼通信支持。

據(jù)微信公眾號(hào)“中國(guó)的航天”此前介紹，“鵲橋二號(hào)”中繼星采用環(huán)月大橢圓凍結(jié)軌道作為使命軌道。由于月球外形結(jié)構(gòu)不規(guī)則，靠近月球飛行的航天器受到月球引力等因素作用，飛行軌道易產(chǎn)生偏差。環(huán)月大橢圓凍結(jié)軌道是處于穩(wěn)定狀態(tài)的環(huán)月軌道，航天器在該軌道飛行，能夠使飛行軌道的偏差最小化。

2024年3月20日，海南文昌，搭載探月工程四期鵲橋二號(hào)中繼星的長(zhǎng)征八號(hào)遙三運(yùn)載火箭在文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火升空。視覺(jué)中國(guó)

與此同時(shí)，美國(guó)、歐洲和日本也紛紛提出了建設(shè)月球通信導(dǎo)航星座的計(jì)劃。

2020年，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）為支撐“阿爾忒彌斯”計(jì)劃提出了“月球網(wǎng)”（LunaNet）架構(gòu)，用于短期內(nèi)滿足月球南極探測(cè)和月球背面探測(cè)的通信需求，由2-3顆橢圓凍結(jié)軌道上的中繼星和近直線暈軌道上的Gateway空間站提供中繼通信服務(wù)。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年11月16日，美國(guó)佛羅里達(dá)州，阿爾忒彌斯1號(hào)空間發(fā)射系統(tǒng)火箭，連同獵戶座太空艙，在卡納維爾角的美國(guó)宇航局肯尼迪航天中心發(fā)射。阿爾忒彌斯1號(hào)任務(wù)將發(fā)射無(wú)人航天器繞月飛行，以測(cè)試航天器的推進(jìn)、導(dǎo)航和動(dòng)力系統(tǒng)，為之后的月球表面載人任務(wù)做準(zhǔn)備。視覺(jué)中國(guó)

歐洲也在全面推進(jìn)月球通信服務(wù)計(jì)劃。2021年，歐洲航天局（ESA） 發(fā)布“月光”計(jì)劃，提出將在2027年前后建成可持續(xù)服務(wù)的月球共享通信與導(dǎo)航系統(tǒng)（LCNS），并計(jì)劃于2025年發(fā)射首發(fā)“月球探路者”（Lunar Pathfinder）衛(wèi)星，在橢圓凍結(jié)軌道上開(kāi)展技術(shù)驗(yàn)證。

2022年，日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）提出了月球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（LNSS），計(jì)劃在橢圓軌道上部署8顆衛(wèi)星，可為月球南極探測(cè)器提供中繼通信和導(dǎo)航定位服務(wù)。

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