月球上的未来：LunaNet 和月球标准时间将如何塑造月球经济

月球长期以来一直让人类着迷，激发了无数的神话、故事和科学探索。近年来，由于探索地质、地表和矿产资源的几次外太空任务，我们对月球的了解发生了变化。建立月球经济的想法已经存在了一段时间。为了使之成为现实，科学家们必须建立一个通信和导航基础设施，以一种标准化的方式来确定时间。

NASA 目前正处于开发的早期阶段月神网，这是为月球创建互联网网络的一项重要举措。这个项目不仅仅是让宇航员拍照；它是阿尔忒弥斯程序。该机构打算在月球上和月球周围建造各种基础设施，例如人类栖息地, 一个新的空间站，以及一个可以保持所有元素之间连接的月球网络服务。

“LunaNet 是一个由共同商定的标准、协议和接口要求组成的框架，允许未来的月球任务协同工作，在概念上类似于我们在地球上联合使用 GPS 和伽利略所做的事情，”解释ESA 的导航经理 Javier Ventura-Traveset。

LunaNet：增强连通性和赋能月球任务

“随着美国宇航局在月球上建立持续的月球存在，建立强大的基础设施变得越来越重要。 LunaNet 通信和导航架构具有可扩展性和灵活性，”状态DJ Israel，探索和太空通信项目部架构师，在题为“LunaNet：灵活且可扩展的月球探索通信和导航基础设施”的会议论文中发表。

他进一步解释了 LunaNet 将如何提供三种类型的服务：网络、定位、定时和导航以及科学利用。人类和机器人用户将体验到与地球上类似的网络功能。

ESA（欧洲航天局）开设了一个申请门户上周，邀请私营公司帮助其“月光”该计划旨在发射三到四颗卫星，“由太空拖船送入月球轨道并一颗一颗部署，形成一个月球卫星星座”。卫星星座的轨道将在战略上进行优化，以环绕月球南极，月球南极已被指定为美国宇航局未来阿尔忒弥斯任务的主要着陆点。

ESA 的月光计划是什么？

“许多拟议的月球任务将需要可靠的导航和电信能力。由于复杂的、反复的开发，独立构建这些功能效率低下且成本高昂，”ESA 发布的题为“月球经济应用”的博客文章读.

不仅欧空局，美国宇航局也采用公私模式提供太空服务，例如运送货物和运送船员到国际空间站。这些伙伴关系也是为未来的努力而建立的，包括交付科学实验和宇航员到月球表面。

NASA 已投资 12 亿美元太空探索技术公司开发载人着陆变体星舰让美国宇航员在阿耳emi弥斯三世的带领下登上月球，”标志着人类 50 多年来首次重返月球表面。

在过去十年的太空总投资中，达2720亿美元, 99% 用于开发卫星及其用于地球轨道的运载火箭。太空栖息地、卫星服务和刚刚起步的月球市场等新兴市场占这笔投资的 33 亿美元。

总部设在美国的航天局预计，月球网络将随着月球表面和周围活动的增加而扩大。它预计，随着新计划的月球空间站 Lunar Gateway 的建立，月球将需要大约每秒 210 兆比特和每天 4.6 太字节，如推介会来自上一年的机构。当 NASA 准备在 2035 年左右执行载人火星任务时，它预计月球需要高达每秒 950 兆比特和每天 12 太字节的数据。

“2021 年，月球上和月球周围有 13 个着陆器、轨道飞行器和漫游者，”Aquarian Space 首席执行官凯利·拉森 (Kelly Larson) 说，说在声明中。 “到 2030 年，我们将拥有大约 200 个，创造数十亿美元的月球经济。”

NASA 正在制定一项计划，通过发射月球卫星来增强其服务，这些卫星将相互互连并最终连接回地球上的通信基础设施。 接力飞船对于月球背面和月球南极等难以到达的区域尤其有利，该机构计划在未来借助宇航员探索这些区域。此外，该机构打算建立一系列地面站，其功能类似于月球表面的手机信号塔。这个想法是创建一个类似于互联网而不是电话线的月球通信系统。

包括 Aquarian Space 和诺基亚在内的私营公司正在为月球互联网基础设施的发展做出贡献。宝瓶空间计划到 2025 年第二季度发射其最初的月球通信卫星，而诺基亚正在与 NASA 合作开发月球 4G 蜂窝网络。诺基亚赢了NASA 签订了价值超过 1400 万美元的合同，并计划于明年通过 SpaceX 火箭交付其第一个基站和无线电设备。

准确的导航主要取决于精确的计时，因为它对于确定一个人的确切位置至关重要。卫星导航接收器.卫星导航接收器测量多个卫星信号到达它所花费的时间，并将该时间测量值转换为距离估计值。

目前，每一次新的月球探险都是在地球时间线上进行的，在深空天线的帮助下，确保航天器的时钟与地球时间保持一致，并实现航天器与地球之间的通信。然而，这种方法在未来的月球环境中是行不通的。

有超过250 次登月任务计划在未来十年内。这些任务不仅会在月球上或月球周围同时发生，而且还会经常相互作用。这种交互可能涉及中继通信、进行联合观察或执行会合操作。

考虑到这一点，航天机构已经开始讨论如何在月球上测量时间。这些讨论始于去年 11 月在荷兰 ESA 的 ESTEC 技术中心举行的一次会议。

“在 ESTEC 的这次会议上，我们同意定义一个共同的月球参考时间的重要性和紧迫性，这是国际公认的，所有月球系统和用户都可以参考。现在正在为实现这一目标而发起国际联合努力， ”说ESA 导航系统工程师 Pietro Giordano。

“计时和时间分配对于导航性能和保持多个资产之间的同步至关重要。时间知识显着影响观察准确性。测量时间标记中使用的来源之间的不准确性和差异会导致相对于真实轨道位置的偏移，”会议论文指出。

无线电和光学技术中常用的观测包括单向和双向距离和多普勒测量。这些观测在很大程度上依赖于精确的时间戳，而时间戳必须参考国际原子时 (TAI) 等标准化时间尺度。

由于不同的引力场，地球和月球上的时钟以不同的速度运行，因此建立一个通用的阴历时间是一项独特的挑战。因此，官方阴历时间的形式尚不清楚。一种可能性是，阴历时间可能基于旨在与协调世界时 (UTC) 同步的时钟系统。或者，月球时间可以完全独立于地球时间，从而创建一个专门为月球设计的独特时间系统。

根据Jeff Gramling 的估计，月球时钟将在 24 小时内增加大约 56 微秒或百万分之一。确切的速率将取决于它们在月球上的位置，在月球表面和轨道上的滴答声不同。

除了技术观点，地缘政治将在建设月球经济中发挥重要作用。塑造月球互联网基础设施的实体将产生重大影响，因为它将有权为网络提供商如何协作和分配月球网址制定指南。

尽管美国努力让其他国家和太空机构与其保持一致阿尔忒弥斯协定，一套旨在指导月球和外层空间探索和开发的国际原则，无法保证所有各方都会同意其条款。值得注意的是，俄罗斯和中国正在自行合作月球倡议.

为了有效合作，国际社会必须就共享的“硒中心参考系”达成一致，该参考系类似于地球上使用的国际地球参考系，可以准确测量月球各点之间的精确距离。这种定制的参考系是现代 GNSS（全球导航卫星系统）的重要组成部分。

一旦科学家们能够克服挑战，建造网关空间站将对宇航员开放，并将定期发射 Artemis 进行补给。许多无人任务也将到位 - 仅每个 Artemis 任务就会释放大量月球立方体卫星– ESA 将放下它的Argonaut 欧洲大型后勤着陆器。