在月球上“蹭”GPS总共分几步？

美国太空网等媒体近日发布消息称，为实现重返月球的目标，美国国家航空航天局（NASA）科学家开始进行“月球导航”验证。他们表示目前地球轨道上的GPS卫星发射的信号，在月球上可以接收使用，定位精度能达到200米至300米。

地球导航卫星信号能让月球“沾光”

众所周知，导航卫星的信号波束都是朝向地球发射的，想在月球上接收到导航信号，前提是卫星、地球、月球三者的位置关系满足一定要求。

不妨想象一幅画面：假设导航卫星是一盏灯，从地球“前面”发出圆锥形的光束照向地球，那么当月球运行到地球“斜后方”一定位置时，就能被漏过来的光线照到。

杨宇光表示，导航卫星的信号主波束正是这样一个圆锥形，不仅能覆盖地球，而且范围还稍宽一点。地球挡不住的信号，就能让月球“沾光”。

GPS星座由24颗卫星组成，它们均匀分布在6个轨道面，在距离地面20200公里高度的中圆轨道上飞行。应该说，能把信号传向月球的概率并不低，但可能不足以支持月球上的探测器像在地球一样导航。

大家在生活中使用导航软件时都知道，要实现准确定位，对能接收到信号的导航卫星数量有要求，通常至少需要4颗以上卫星。杨宇光说，在航天器定位概念中，这种通过接收多颗卫星信号实时计算自己位置的方式被称作几何定轨。

此外，月球导航面临的核心问题是接收信号的强度。杨宇光说，GPS卫星距地球2万公里，再到月球，距离可能达到40万公里左右，信号已经十分微弱。因此月球探测器上接收信号的天线有多大尺寸成为关键。要具备更强的信号接收能力，就需要大天线，但从航天器研制、发射角度来说，却希望天线越小越好，其中存在矛盾。

不过他认为，这并非无法攻克的技术难题，只是要多付出一些代价。

专家建议打造“月球导航卫星系统”

事实上，自从人类开展航天活动以来，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，美国阿波罗任务主要是基于地面的测控进行导航定位。我国的嫦娥任务，也是通过地面测控定位，结合紫外月球敏感器以及其他传感器实现组合导航。这样的方式定位精度并不高，但可以满足绕月或落月过程的需要。

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深空原子钟：让航天器自主导航

普通的导航仪让驾驶者随时知道自己所在方位和车速。在太空中飞行的太空船、探测器也需要这样的信息。

为此，美国国家航空航天局（NASA）推进了深空原子钟的试验，目前深空原子钟已经搭乘“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一致程度大约是GPS卫星上原子钟的50倍——也就是每1000万年才会出现1秒钟的偏差。这种新的原子钟利用带电的汞原子或离子来计时，而目前地球GPS卫星上的原子钟则使用中性的铷原子来计时。由于深空原子钟内部的汞原子带有电荷，它们会被困在电场中，因而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去节奏。

能自我定位、自主导航的航天器可以使宇航员在不需要接收地球指令的情况下，自行穿越太阳系。由于航天器能自我定位，宇航员就可以更加灵活地开展行动，更及时地对意外情况作出反应。