『科技日报』在月球上“蹭”GPS 总共分几步？( 二 )

他说，截至目前，人类在探月活动中使用的导航定位手段效果都不是很好，有的代价也很大，很难满足未来的月球开发需要。如果未来能在月球附近，例如地月拉格朗日1点、2点、月球两极以及绕月轨道等位置部署几颗导航卫星，就能够为环月飞行器和月球着陆器等提供精确的位置、速度信息和时间基准，从而让探月活动更加安全、便捷。这也将是未来月球基地建设的重要组成部分。
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深空原子钟：让航天器自主导航
普通的导航仪让驾驶者随时知道自己所在方位和车速。在太空中飞行的太空船、探测器也需要这样的信息。
目前这些太空飞行器依赖地球上的导航器提供信息进行导航。具体来说，地面天线通过双向中继系统向航天器发送信号，然后航天器把信号发射回来。通过测量信号的往返时间，地面原子钟可以帮助确定航天器的位置。这种导航方法意味着，无论太空探索任务在太阳系中行进至何处，航天器仍然像一只被拴在地球上的风筝，等待来自地球的行进指令，才能继续前行。
而且这种导航方式还面临一个问题——离地球越远信号来回的时间越长，从几分钟至几小时不等。以火星任务为例，信号来回需要40分钟。来自地球的导航数据传输时间很长，会对导航准确性产生不利影响。即使一秒的误差也可能意味着肩负登陆火星任务的航天器将从十几万公里的地方掠过火星。
为此，美国国家航空航天局（NASA）推进了深空原子钟的试验，目前深空原子钟已经搭乘“猎鹰”重型火箭进入太空。据悉， NASA的深空原子钟对每一秒计量的一致程度大约是GPS卫星上原子钟的50倍——也就是每1000万年才会出现1秒钟的偏差。这种新的原子钟利用带电的汞原子或离子来计时，而目前地球GPS卫星上的原子钟则使用中性的铷原子来计时。由于深空原子钟内部的汞原子带有电荷，它们会被困在电场中，因而无法与其容器壁相互作用；相比之下， GPS原子钟内部的这种相互作用会导致铷原子失去节奏。
有了深空原子钟，航天器将用其来测量追踪信号从地球抵达飞船所需的时间，而无需将信号发回地面的原子钟进行测量，这将使航天器能够判断自己的轨道。
能自我定位、自主导航的航天器可以使宇航员在不需要接收地球指令的情况下，自行穿越太阳系。由于航天器能自我定位，宇航员就可以更加灵活地开展行动，更及时地对意外情况作出反应。