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2025年3月3日，NASA与意大利航天局合作开展的“月球全球导航卫星系统接收实验”（LuGRE）取得了历史性成就——人类首次在月球表面成功接收并跟踪来自地球的GPS信号。那么，这次在月球表面接收地球GPS信号，实现人类首次月球导航，技术上有哪些突破？下面我们来聊聊月球导航与地球导航有何异同？目前有哪几种备选方案？中国是否有类似技术？
首先，这一突破不仅标志着深空导航技术的重大进展，更为未来的月球探索和星际航行提供了全新可能。地球全球定位系统（例如我国的北斗、美国的GPS）依托于遍布全球的卫星星座，通过精密的原子钟和三角定位算法，在导航卫星上发射导航信号，地面接收设备（比如我们的手机）接收导航信号，实现了米级乃至亚米级定位精度。而这次的月球导航实验，通过搭载美国萤火虫航天公司的蓝色幽灵号月球着陆器，将专为捕捉极微弱信号设计的高灵敏度接收LuGRE实验设备送至月球表面，着陆后不久成功获取了地球GPS系统的导航定位信号，实现了距地球超过30万公里远处的导航定位。这一成就证明了地球导航系统的应用范围可以扩展到深空，为未来的月球和火星探索任务奠定了基础。
在地球导航时，导航芯片接收的是导航卫星的主瓣信号，信号强。但在月球上，由于接收的多为卫星旁瓣信号、信号衰减极为严重及时延明显等原因，传统的地面导航设备难以直接套用。本次实验中，NASA团队在使用了经过专门改造的高灵敏接收设备（相当于更加灵敏的北斗导航信号接收芯片），使其能捕捉到微弱的GPS信号。NASA首次在月球上接收GPS信号的成功，不仅验证了利用来自地球导航星座对深空目标进行定位的可行性，也为未来载人登月、月面基建和深空探测任务提供了新型导航手段。
目前关于月球定位系统的解决路径，已提出几种主要备选方案：
第一种是利用扩展地球全球定位系统信号的覆盖范围，通过更高灵敏度的接收设备捕捉极弱旁瓣信号； 第二种是建设专用的月球导航星座，通过在月球轨道上部署导航卫星来实现自主定位；第三种采用采用混合导航系统，即融合上面两种技术手段，形成冗余保障系统以满足复杂环境需求。
我国在深空导航与月面通信领域也在积极布局。“鹊桥”中继卫星计划已初步实现地月之间的信息传输，将为未来月面定位导航提供中继支持；在基础设施建设上，也在考虑建立专用月球导航星座，以实现后期依靠自主系统为月球科研站及探测器提供高精度定位服务。我国依托北斗系统及自主研发的深空通信导航技术正迎头赶上，未来有望构建起属于我们的“月球北斗”。当中国航天员走上月球、在月面展开多样化活动时，我们一定能够通过自主掌握的导航系统，实现精准着陆、平稳巡视和高效协同，为人类探索宇宙贡献更多中国智慧！
本文为科普中国·创作培育计划扶持作品
作者：周炳红 中国航天科普大使 研究员
审核：孙志斌 中国科学院国家空间科学中心 研究员
出品：中国科协科普部
监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司
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