Illustration: NASA

来源：IEEE电气电子工程师

如果宇航员按照美国宇航局Artemis计划登录月球，他们的主要目标之一就是在月球南极附近的陨石坑中挖冰，这些冰层不仅对水有用，而且可以分解成氢和氧。但它们需要导航，才能精确定位到月球地图上机器人航天器指向冰的位置。他们还需要与前方发射的设备会合，如登陆舰、月球车、钻井设备和补给车。但是，在月球轨道上或在非常奇怪的月球表面上，他们需要实时，准确地知道其位置。

这引发了一些科学家的思考。在地球上，我们的生活已经被全球定位系统（GPS）、美国和其他国家运营的大量卫星在改变，这些卫星以各种方式帮助人们导航。人们要准确到达目的地，就少不了GPS的帮助。在地球上，GPS可以以厘米为单位精确定位位置。那么，它可以帮助宇航员降落在月球上吗？

美国国家航空航天局加利福尼亚喷气推进实验室的Kar-Ming Cheung和Charles Lee进行了计算，得出了肯定的结论 -- 来自地球附近现有全球导航卫星的信号可用于指导385000公里外月球轨道上的宇航员。研究人员在近日于蒙大拿州举行的IEEE航空会议上介绍了他们的最新发现。

“我们正在努力让它发挥作用，特别是在未来几年任务大量涌现的情况下，”Cheung说，“我们必须有基础设施来定位这些车辆。”

Cheung和Lee绘制了来自美国全球定位系统和欧洲伽利略和俄罗斯格洛纳斯系统的两颗导航卫星的轨道图，总共81颗卫星。它们中的大多数都有定向天线向地球表面发射，但它们的信号也会辐射到太空。研究人员说，这些信号的强度足以被月球附近接收器相当紧凑的航天器读取。Cheung，Lee和他们的团队计算出，在月球轨道上的航天器在任何给定的时间都能“看到”5到13颗卫星的信号，足以精确地确定其在太空中的位置。在此距离处，定位精度约为200至300米。在计算机模拟中，他们可以继续实施各种方法以提高准确性。NASA科学家认为，月球轨道中的中继卫星可以作为定位信标。

帮助宇航员在月球表面着陆后使用的导航将更加复杂，主要是因为在极地地区，地球将处于地平线以下。信号很容易被山丘或火山口边缘阻挡。

但JPL团队和马里兰州Goddard航天飞行中心的同事们对此早有预料。为了帮助宇航员，研究小组建议使用离他们近得多的发射器作为参考点。科学家们表示，也许他们可以利用月球轨道上的两颗卫星——一颗位于月球高轨道上的新型中继卫星——作为定位信标，再加上美国宇航局自2009年开始测量月球的月球侦察轨道器。

按照航天计划的标准，这种微型网络不必非常昂贵。中继卫星可能非常小，从现有的卫星设计中获取设计线索，并在宇航员之前搭载火箭向月球发射其他有效载荷。

Artemis的计划一直在变化，由于资金和任务架构的争论而放缓。美国航天局的管理人员一直寄希望于一个被称为“门户”的计划中的月球轨道基站，以使未来的任务更加实用。不过，科学家说，无论登月计划如何进行，早期的登月计划都是有用的。

“这是可以做到的，”Cheung说。“这只是钱的问题。”

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