【文/觀察者網 嚴珊珊】據香港英文媒體【南華早報】7月14日報道，中國科學家近日提出了一項設計方案，擬建立一個類似於北鬥導航系統的能夠服務於全月面的通訊導航星座。
報道援引6月在【中國空間科學技術】上發表的論文【近月空間星座軌域設計方法】介紹了這一研究進展，該文作者為來自北京空間飛行器總體設計部的陳詩雨、倪彥碩以及中國航天科技集團五院嫦娥八號探測器系統總設計師彭兢。
中國研究團隊綜合考慮了中繼通訊、月面導航、星座建設及維護成本三個方面的各項指標，提出了由21顆衛星組成的近月空間導航星座設想方案，旨在采用永續和成本效益好的方式，為人類在月球長期、高密度的探測活動提供長時間的高精度導航。
【南華早報】提到，雖然該論文沒有給出具體建設時間表，但中國探月工程的初步方案和國際月球科研站的規劃已經公布：中國計劃在2030年之前將航天員送上月球，並在2035年前以月球南極為核心，建成功能基本齊備、要素基本配套的國際月球科研站，2045年前建成拓展型。
論文截圖
據該論文介紹，月球南極對地球仰角極小，易被月面環形山遮擋，難以保證直接對地的測控通訊鏈路。而月球背面由於被月球遮擋，也無法透過地基測控系統實作測控通訊。因此，需要在包括地月L1、L2平動點的近月空間部署中繼衛星，輔助月球南極極區和背面對地測控通訊。
地月拉格朗日點，鵲橋一號中繼星就在L2點的暈軌域，而鵲橋二號則在繞月軌域澎湃新聞
「近月空間導航星座可為月面移動、著陸和起飛等任務提供即時高精度導航定位，是支持人類在月球長期、高密度的探測活動所必要的基礎保障。」文章寫道。
【南華早報】在梳理該論文的研究方案時提到，目前在地球表面或近地空間，全球導航衛星系統正在被廣泛運用，比如美國的全球定位系統（GPS）和中國的北鬥衛星導航系統（BDS）套用都很廣，為使用者提供全天候、高精度的定位、導航等服務。
報道介紹稱，全球導航衛星系統通常由20-35顆衛星組成，精度通常達到幾米，使用者能夠利用至少四顆衛星的訊號組合來定位和獲取時間資訊。北京空間飛行器總體設計部研究團隊的月面導航方案也與此類似，導航時要求至少4顆衛星同時對目標可見。
2024年6月25日，嫦娥六號返回器準確著陸於內蒙古四子王旗預定區域，工作正常，實作世界首次月球背面采樣返回。視覺中國
該研究提出一種近月空間星座建設路線，分三個階段逐步實作全月的100%四重覆蓋（四重覆蓋率指星座中至少存在4顆星同時對目標可見的時間占比），三階段分別如下：
第一階段，部署2顆橢圓凍結軌域衛星，可為月球南極極區提供全時對地中繼通訊，實作月球南極極區100%一重覆蓋；
第二階段，部署6顆橢圓凍結軌域衛星、2顆近直線暈軌域衛星、1顆L2暈軌域衛星，可為月球南極極區提供全時導航定位，同時實作月球極區及月球背面100%一重覆蓋，使全月任一位置的探測器或人類均可全時對地通訊；
第三階段，部署4顆橢圓凍結軌域衛星、2顆近直線暈軌域衛星、1顆L1暈軌域衛星、3顆遠距離逆行軌域衛星，實作全月100%四重覆蓋，可為全月任一位置的探測器或人類提供全時導航定位。
研究團隊表示，後續研究中將結合軌域參數最佳化技術，形成更加系統的近月空間星座最佳化方法，對軌域型別等離散變量和軌域參數等連續變量進行全域最佳化，從而得到理論上最優的星座構型。
近年來，近月空間星座建設正在成為航天研究的熱點方向。中國先後於2018年和2024年發射了「鵲橋一號」和「鵲橋二號」中繼星，為多項探月任務提供中繼通訊支持。
據微信公眾號「中國的航天」此前介紹，「鵲橋二號」中繼星采用環月大橢圓凍結軌域作為使命軌域。由於月球外形結構不規則，靠近月球飛行的航天器受到月球重力等因素作用，飛行軌域易產生偏差。環月大橢圓凍結軌域是處於穩定狀態的環月軌域，航天器在該軌域飛行，能夠使飛行軌域的偏差最小化。
2024年3月20日，海南文昌，搭載探月工程四期鵲橋二號中繼星的長征八號遙三運載火箭在文昌航天發射場點火升空。視覺中國
與此同時，美國、歐洲和日本也紛紛提出了建設月球通訊導航星座的計劃。
2020年，美國國家航空暨太空總署（NASA）為支撐「艾爾忒彌斯」計劃提出了「月球網」（LunaNet）架構，用於短期內滿足月球南極探測和月球背面探測的通訊需求，由2-3顆橢圓凍結軌域上的中繼星和近直線暈軌域上的Gateway空間站提供中繼通訊服務。
當地時間2022年11月16日，美國佛羅裏達州，艾爾忒彌斯1號空間發射系統火箭，連同獵戶座太空艙，在卡納維爾角的美國國家航空暨太空總署甘迺迪航天中心發射。艾爾忒彌斯1號任務將發射無人航天器繞月飛行，以測試航天器的推進、導航和動力系統，為之後的月球表面載人任務做準備。視覺中國
歐洲也在全面推進月球通訊服務計劃。2021年，歐洲航天局（ESA） 釋出「月光」計劃，提出將在2027年前後建成永續服務的月球共享通訊與導航系統（LCNS），並計劃於2025年發射先發「月球探路者」（Lunar Pathfinder）衛星，在橢圓凍結軌域上開展技術驗證。
2022年，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）提出了月球導航衛星系統（LNSS），計劃在橢圓軌域上部署8顆衛星，可為月球南極探測器提供中繼通訊和導航定位服務。
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