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2025年3月3日，NASA與意大利航天局合作開展的“月球全球導航衛星系統接收實驗”（LuGRE）取得了歷史性成就——人類首次在月球表面成功接收并跟蹤來自地球的GPS信號。那么，這次在月球表面接收地球GPS信號，實現人類首次月球導航，技術上有哪些突破？下面我們來聊聊月球導航與地球導航有何異同？目前有哪幾種備選方案？中國是否有類似技術？

首先，這一突破不僅標志著深空導航技術的重大進展，更為未來的月球探索和星際航行提供了全新可能。地球全球定位系統（例如我國的北斗、美國的GPS）依托于遍布全球的衛星星座，通過精密的原子鐘和三角定位算法，在導航衛星上發射導航信號，地面接收設備（比如我們的手機）接收導航信號，實現了米級乃至亞米級定位精度。而這次的月球導航實驗，通過搭載美國螢火蟲航天公司的藍色幽靈號月球著陸器，將專為捕捉極微弱信號設計的高靈敏度接收LuGRE實驗設備送至月球表面，著陸后不久成功獲取了地球GPS系統的導航定位信號，實現了距地球超過30萬公里遠處的導航定位。這一成就證明了地球導航系統的應用范圍可以擴展到深空，為未來的月球和火星探索任務奠定了基礎。

在地球導航時，導航芯片接收的是導航衛星的主瓣信號，信號強。但在月球上，由于接收的多為衛星旁瓣信號、信號衰減極為嚴重及時延明顯等原因，傳統的地面導航設備難以直接套用。本次實驗中，NASA團隊在使用了經過專門改造的高靈敏接收設備（相當于更加靈敏的北斗導航信號接收芯片），使其能捕捉到微弱的GPS信號。NASA首次在月球上接收GPS信號的成功，不僅驗證了利用來自地球導航星座對深空目標進行定位的可行性，也為未來載人登月、月面基建和深空探測任務提供了新型導航手段。

目前關于月球定位系統的解決路徑，已提出幾種主要備選方案：
第一種是利用擴展地球全球定位系統信號的覆蓋范圍，通過更高靈敏度的接收設備捕捉極弱旁瓣信號； 第二種是建設專用的月球導航星座，通過在月球軌道上部署導航衛星來實現自主定位；第三種采用采用混合導航系統，即融合上面兩種技術手段，形成冗余保障系統以滿足復雜環境需求。

我國在深空導航與月面通信領域也在積極布局。“鵲橋”中繼衛星計劃已初步實現地月之間的信息傳輸，將為未來月面定位導航提供中繼支持；在基礎設施建設上，也在考慮建立專用月球導航星座，以實現后期依靠自主系統為月球科研站及探測器提供高精度定位服務。我國依托北斗系統及自主研發的深空通信導航技術正迎頭趕上，未來有望構建起屬于我們的“月球北斗”。當中國航天員走上月球、在月面展開多樣化活動時，我們一定能夠通過自主掌握的導航系統，實現精準著陸、平穩巡視和高效協同，為人類探索宇宙貢獻更多中國智慧！

本文為科普中國·創作培育計劃扶持作品
作者：周炳紅 中國航天科普大使 研究員

審核：孫志斌 中國科學院國家空間科學中心 研究員

出品：中國科協科普部

監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 科普中國創作培育計劃

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