NASA首次在月球上接收到GPS信号

为了给月球导航系统奠定基础，NASA的月球GNSS接收机实验（LuGRE）已经成功接收到了从地球轨道发射的全球定位系统（GPS）信号。这是首次在月球表面实现这一壮举，标志着未来月球任务导航方式的重大进步。

艺术家对在月球上的Blue Ghost着陆器接收来自地球的GNSS信号的概念图。图片来源：NASA/Dave Ryan

LuGRE是“蓝色幽灵”（Blue Ghost）任务的一部分，该着陆器于2025年3月2日登陆月球。LuGRE的仪器接收并跟踪了来自全球导航卫星系统（GNSS）的通信，这是一个基于卫星的定位技术网络，包括GPS。LuGRE于3月3日凌晨2点（美国东部时间）在月球表面首次实现导航定位，距离地球约225,000英里（362,000公里）。

NASA空间通信和导航（SCaN）项目副主任Kevin Coggins表示：“在地球上，我们可以使用GNSS信号进行导航，从智能手机到飞机，无所不包。现在，LuGRE向我们展示了我们可以在月球上成功获取和跟踪GNSS信号。这对月球导航来说是一个非常令人兴奋的发现，我们希望在未来的任务中利用这种能力。”

这意味着围绕月球轨道运行和在其表面上的航天器将能够精确地跟踪它们相对于地球当前时间的位置和速度，使导航技术能够在月球位置之间找到路线。这也将有助于在地球和月球之间旅行的航天器。目前，航天器的定位是通过复杂的观测和传感器读数混合计算出来的，这可能相当费力，因此新方法应该可以为宇航员和地面控制人员节省时间。

LuGRE由NASA和意大利航天局（ASI）于2022年合作开发。有效载荷包括一个能够接收非常微弱信号的GNSS接收器、一个高增益L波段贴片天线、一个射频滤波器和一个低噪声放大器，可增强每个接收到的GNSS信号。这些技术共同使有效载荷能够在月球等相当不稳定的位置接收和处理GNSS信号。

Firefly Aerospace的Blue Ghost着陆器

LuGRE将在14天内继续与GNSS保持联系，距离约225,000英里（约360,000公里）。这将进一步测试硬件的可行性，并识别任何潜在的错误。

在前往月球的过程中，LuGRE在1月21日以距离地球209,900英里的高度，打破了有史以来最高GNSS信号获取高度的记录，打破了NASA磁层多尺度任务（MMS）以前保持的记录。2月20日，LuGRE进入月球轨道，距离地球243,000英里，其高度记录持续攀升。这意味着在地球和月球之间的地月空间中的任务也可以依靠GNSS信号进行导航定位。MMS任务于2015年3月发射，由四个相同的航天器组成，这些航天器以四面体编队飞行，研究地球的磁层。MMS曾两次打破GPS信号最高海拔定点的吉尼斯世界纪录（2016年为70,000公里，2019年为187,200公里）。

传统上，NASA工程师通过使用包括机载传感器和来自地球跟踪站的信号在内的组合测量来跟踪航天器。LuGRE有效载荷表明，使用GNSS信号进行导航可以减少对人类操作员的依赖，因为即使在遥远的月球上，航天器也可以自主地接收和使用这些信号。

LuGRE的成功，预示着太空探索，特别是月球导航领域的一项突破性进展。它不仅是技术上的一次胜利，也是朝着实现更安全、更高效的月球探索迈出的一大步，这与NASA的阿尔忒弥斯（Artemis）计划的目标一致。阿尔忒弥斯计划旨在2027年之前将人类送回月球并维持长期的存在。

除了引入GPS外，NASA还致力于为月球创建一个新的时间标准，供宇航员、航天器和卫星使用。协调月球时间（LTC）旨在解决地球计时与月球之间的差异，在月球上，一天持续29.5个地球日。不同的引力也意味着地球上的时钟似乎每个地球日损失58.7微秒。