中国科学家提出设计方案,拟建立全月面通信导航星座

   日期:2024-07-14     来源:网络整理    作者:二手钢材网    浏览:293    评论:0    
核心提示:报道介绍称,全球导航卫星系统通常由20-35颗卫星组成,精度通常达到几米,用户能够利用至少四颗卫星的信号组合来定位和获取时间信息。

报道援引了6月份《中国空间科学技术》上发表的论文《近月空间星座轨道设计方法》介绍了这一研究进展,论文作者分别是陈诗雨、倪彦硕和中国航天科技集团五院嫦娥八号探测器系统总设计师彭静。

中国科研团队综合考虑中继通信、月球导航、星座建设维护成本三个方面各项指标,提出了由21颗卫星组成的近月空间导航星座方案,旨在以可持续、低成本的方式为人类长期、高密度月球探测活动提供长期、高精度导航。

南华早报提到,尽管该报没有给出具体建设时间表,但中国月球探测工程初步方案和国际月球研究站规划均已公布:中国计划在2030年前将宇航员送上月球,2035年前建成以月球南极为核心、功能基本齐全、基本配套的国际月球研究站,2045年前建成扩展版。

论文截图

论文称,月球南极相对于地球的仰角很小,且容易受到月球陨石坑的遮挡,难以保证直接的地面遥测控制通信链路。月球背面受到月球遮挡,同样无法通过地面遥测控制系统实现遥测控制通信。因此需要在近月空间,包括地月L1、L2平动点部署中继卫星,协助月球南极及背面地面的遥测控制通信。

地月拉格朗日点,鹊桥一号中继卫星处于L2点的晕轨道,而鹊桥二号则处于月球轨道。

“近月空间导航星座可为月面运动、着陆、起飞等任务提供实时、高精度导航定位,是支撑人类长期、高密度月球探测活动的必要基本保障。”文章写道。

南华早报在回顾该论文的研究计划时提到,目前全球导航卫星系统正在地球表面或近地空间被广泛应用,例如美国的全球定位系统(GPS)和中国的北斗卫星导航系统(BDS)均被广泛使用,为用户提供全天候、高精度的定位、导航等服务。

报道称,全球导航卫星系统通常由20-35颗卫星组成,精度可达数米。用户可以利用至少四颗卫星的信号组合进行定位并获取时间信息。研究团队的月球导航解决方案与此类似,要求至少有四颗卫星同时对目标可见。

2024年6月25日,嫦娥六号返回器准确降落在内蒙古四子王旗指定区域,工作正常,实现全球首次月球背面采样返回。视觉中国

研究提出了近月空间星座建设路线,将分三个阶段逐步实现全月球100%四重覆盖(四重覆盖是指星座中至少有四颗恒星同时对目标可见的时间比例)。三个阶段如下:

第一阶段,部署两颗椭圆冻结轨道卫星,为月球南极提供全时地地中继通信,实现月球南极100%单层覆盖;

第二阶段,将部署6颗椭圆冻结轨道卫星、2颗近直线晕轨道卫星、1颗L2晕轨道卫星,为月球南极提供全程导航定位,同时实现月球两极及月球背面100%单层覆盖,使月球任何地点的探测器或人类都能随时与地球通信;

第三阶段将部署4颗椭圆冻结轨道卫星、2颗近直线晕轨道卫星、1颗L1晕轨道卫星和3颗长距离逆行轨道卫星,实现对整个月球表面100%四重覆盖,为探测器或人类在月球任意位置提供全天时导航定位。

研究团队表示,在后续研究中,他们将结合轨道参数优化技术,形成更加系统的近月空间星座优化方法,对轨道类型等离散变量和轨道参数等连续变量进行全局优化,获得理论上最优的星座配置。

近年来,近月空间星座建设成为航天研究的热点,中国分别于2018年、2024年发射“鹊桥一号”和“鹊桥二号”中继卫星,为多项月球探测任务提供中继通信支持。

据微信公众号“中国航天”介绍,鹊桥二号中继卫星采用大椭圆环月冻结轨道作为任务轨道。由于月球形状不规则,近月飞行的航天器受月球引力等因素影响,飞行轨道容易发生偏差。大椭圆环月冻结轨道是一条稳定的环月轨道,航天器在此轨道上飞行,可最大限度减少飞行轨道的偏差。

2024年3月20日,海南文昌,搭载探月工程第四期鹊桥二号中继卫星的长征八号遥三运载火箭在文昌航天发射中心点火发射。视觉中国

与此同时,美国、欧洲、日本等也提出建设月球通信导航星座的计划。

2020年,美国国家航空航天局(NASA)提出“月球网络”()架构,以支持“阿尔特弥斯”计划,用于满足短期内月球南极探测和月球背面探测的通信需求,由2-3颗位于椭圆冻结轨道的中继卫星和近直线晕轨道的空间站提供中继通信服务。

当地时间2022年11月16日,美国佛罗里达州,阿尔忒弥斯1号太空发射系统火箭连同猎户座太空舱在美国宇航局卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空。阿尔忒弥斯1号任务将发射一艘无人飞船绕月飞行,以测试飞船的推进、导航和动力系统,为后续在月球表面进行载人任务做准备。视觉中国

欧洲也在全力推进月球通信服务计划。2021年,欧洲航天局(ESA)发布“月光”计划,提出在2027年左右建成可持续发展的月球共享通信导航系统(LCNS),并计划在2025年发射首颗“月球探路者”卫星,在椭圆冻结轨道开展技术验证。

2022年,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)提出月球导航卫星系统(LNSS),计划在椭圆轨道部署8颗卫星,为月球南极探测器提供中继通信和导航定位服务。

 
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