“前方路口右转……”
在地球上迷路？不存在的。
打开手机里的地图App，蓝色的定位光标很快就会告诉我们身在何处，还能规划去往目的地的路线。
可如果同样的人站在月球上呢？打开手机，那个熟悉的蓝色圆点还会出现吗？
答案是否定的。
手机会“认路”，是因为身边早已铺好一张看不见的网：北斗、GPS告诉它在哪里，电子地图告诉它周围有什么，通信网络送来地图和路况。月球上还没有这样一套随手可用的服务，手机自然也就“迷路”了。
手机里的蓝色圆点，
究竟是怎么“算”出来的？
要解开这个谜题，我们不妨跟着一束卫星信号走走。
导航卫星向地面“喊话”：“我在这里，信号从这个时刻出发。”手机接住来自太空的“呼喊”，看它在路上走了多久，就能估算自己与卫星的距离。
只“听见”一颗卫星，手机只知道距离，不知道方向；同时“听见”多颗卫星，多个可能位置交会，地图上的蓝色圆点才会出现。要分辨极小的时间差，卫星时钟必须非常准确——这就是导航离不开“授时”的原因。
图1 导航卫星不断发送自己的位置和信号发出时间
（手机根据信号传播所用时间估算与多颗卫星的距离，
多个距离范围交会后，地图上的蓝色圆点才会出现），
图片来源：AI生成
没有通用网络，
嫦娥四号在月背怎样工作？
搞懂了地球上的“织网”原理，我们再把目光投向深空。既然月球周围没有一套通用导航系统，嫦娥四号和玉兔二号过去为什么仍能在月球背面完成任务？关键在于一套为此次任务专门设计的方案。
月球挡住了月背探测器与地球之间的无线电信号。为此，我国在嫦娥四号出发前，先把“鹊桥”中继星送到一个既能联系地球、又能联系月球背面的特殊位置。地球发出的指令先传给“鹊桥”，再由它转交嫦娥四号；探测器的数据也沿着相反方向传回地球。
玉兔二号在月面行走时，地面团队通过“鹊桥”收到它传回的图像和数据，选择探测目标、规划大方向，再把指令传回月球。到了每一块石头和陡坡跟前，玉兔二号还要用自己的相机观察地形，判断眼前怎样走。
图2 嫦娥四号任务通信示意
(月球挡住了地球与月背探测器之间的直达信号，
“鹊桥”把地球发来的信号转给嫦娥四号和玉兔二号)，
图片来源：AI生成
这套方案可以概括为：“鹊桥”负责“传”，地面团队负责“谋”，玉兔二号负责“看”。它很好地完成了嫦娥四号任务，却仍是一套服务特定任务的“专线”。
从“任务专线”到“月球网络”，
为什么非建不可?
未来的中国探月图景，将比嫦娥四号的一次“远征”丰富得多。因此，从“任务专线”迈向“月球网络”，已成为必然选择。
嫦娥七号将勘查月球南极，嫦娥八号将验证月球资源就地利用技术；我国还计划在2030年前实现载人登月，在2035年前完成国际月球科研站基本型建设。届时，轨道器、着陆器、月球车、科研仪器、运输设备和航天员，可能同时在月球附近和月面工作。
设备和人员一多，过去的“任务专线”就不够用了。它们不仅要分别与地球联系，还要知道彼此的位置，使用统一时间并交换数据。月球车发现采样地点，要为数据标上位置和时间；多台仪器联合观测，要同时开始工作；航天员开展月面活动，也要让其他设备知道他在哪里。如果每项任务仍各自建设一套通信导航系统，不但复杂、成本高，也很难彼此协作。
未来的月球网络将连接绕月卫星、月面节点和地球测控站，为不同设备提供通信、定位、导航、授时和数据传输服务。所谓“月球互联网”，并不是让月球车简单地“上网”，而是回答四个问题：我在哪里？现在是什么时间？怎样联系其他设备？探测数据怎样传出去？
图3 未来月球通信导航网络概念示意
（地球测控站、绕月节点和月面设备共同提供通信、
定位导航授时及数据交换服务）
图片来源：AI生成
这张网络也不是从一张白纸开始。人类已有大量月球影像、地形和地质资料，相当于准备好了“底图”。2025年，美国国家航空航天局（NASA）与意大利航天局的一台专用接收机还首次在月面利用地球导航卫星的微弱信号完成定位。
未来，可以把已有地图、地球方向传来的信号、绕月节点和月面设施组合起来：地图告诉设备前方有什么，导航信号告诉它此刻在哪里，通信网络让它与伙伴保持联系。
结语
我国规划建设地月一体化信息网络，NASA提出LunaNet等构想，虽然具体方案不同，方向却很相似：让采用共同标准的不同任务从各用各的“专线”，逐步走向共享网络、彼此协作。
所以，月球当然也需要导航系统。不是因为那里会出现高速公路和交通拥堵，而是因为前往月球的“访客”会越来越多。当月球探测从一台台设备的“单打独斗”，走向多个任务的长期协同，一张可靠的通信导航网络，就会像道路、电网一样，成为未来月球科研活动不可缺少的基础设施。
作者：
程林，北京航空航天大学宇航学院 副教授
武迪，北京航空航天大学宇航学院 副教授
龚胜平，北京航空航天大学宇航学院 教授
师鹏，北京航空航天大学宇航学院副院长 教授
审核：刘颖 李培元 张超 杨柳
本文为原创图文，未经授权不得擅自转载、摘编或使用。文中图片可能涉及第三方版权，转载使用可能引发侵权纠纷；如需转载，请通过本公众号私信留言联系我们，经授权后规范使用。
