雷鋒網注：圖源 NASA
自 1969 年 7 月 20 日人類第一次登月成功，人們對月球的探尋，從未停止過。
2019 年，NASA 月球勘測軌道飛行器（雷鋒網按：lunar Reconnaissance Orbiter， LRO）和信使號飛船勘測到，月球上隱藏著冰沉積物。NASA LRO項目科學家 Noah Petro 表示，如果得到證實，月球上這一潛在的冷凍水儲備可能大到足以支持長期的月球探索。由此，人們開啟了對月球冰沉積物的進一步探尋。
按照 NASA Artemis 計劃，宇航員到達月球后，需要在南極附近的環形山中開採可以分解成氫和氧的冰沉積物。由此，科學家們需要將宇宙飛船、登陸艦、月球車、鑽井設備、補給車輛等設備送到冰層開採的地方，而如何在月球實現定位，成為了亟待解決的難題。
對此，一些科學家提出設想：適用於地球的 GPS 系統，能否適用於月球，幫助宇航員登月？
在 2020 年 3 月 7 日舉辦的 IEEE 航天航空會議上，美國宇航局噴氣推進實驗室的科學家張家銘和 Charles Lee 給出了肯定答案。經數學計算，地球附近現有的全球導航衛星的信號可以用於 385,000 公里外的月球軌道。
張家銘表示，目前正致力於衛星信號的運轉，確保在未來幾年有大量任務湧入之時，能夠有基礎設施對設備進行設置。
根據美國的全球定位系統、歐洲的伽利略和俄羅斯的 GLONASS 系統（共涵蓋了 81 顆衛星），張家銘和 Charles Lee 繪製了導航衛星的軌道。這些衛星大多有定向天線，其信號能夠向地球表面發射，也能輻射到太空。研究人員表示，這些輻射到太空的信號能夠被月球附近具有密集接收器的宇宙飛船讀取。
據張家銘和 Charles Lee 團隊計算，在月球軌道上的航天器能夠在給定時間內讀取到 5-13 顆衛星信號，足以精確地確定它在空間中的位置，誤差在 200 到 300 米之間，且該團隊還將在計算機模擬中不斷提升精確度。
由於月球表面多環形山，且冰沉積物位於極地地區，導航信號容易被山丘、火山口邊緣擋住，航天器獲取衛星信號受到了限制。
為了解決這一問題，研究小組建議宇航員用距離最近的發射器作為參考點。另外，有科學家認為，宇航員可以同時使用兩顆衛星充當定位信標，其中之一是位於月球高軌道上的新型中繼衛星，另一個為 NASA 月球勘測軌道飛行器。
按照 Artemis 計劃的標準，這個微型網絡並不貴。中繼衛星可以從現有的衛星設計中獲得設計靈感，體積不大，可以在宇航員登月之前搭載在火箭上發射至月球。
不過，由於資金方面出現問題，Artemis 計劃一直在變。為了讓 Artemis 計劃具有可行性，NASA 管理者寄希望於一個叫“Gateway”的月球軌道基站。但是，如果按照白宮的要求，科學家們需要在 2024 年之前將宇航員送至月球，而月球軌道基站 Gateway 的建成大概還需十年之久。
儘管如此，科學家們依然表示，不管登月計劃最終結果如何，提前實現月球定位計劃都是有用的。而對於計劃能否實現，張家銘表示：
這是可以做到的，只是錢的問題。
雷鋒網注：
文章編譯自： https://spectrum.ieee.org/tech-talk/aerospace/satellites/can-astronauts-use-gps-to-navigate-on-the-moon-nasa-scientists-say-yes
Artemis 計劃詳情：https://www.nasa.gov/specials/artemis/
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