月面导航，系统新方案：在月球极寒陨石坑内{布设超稳}定激光器
IT之家 5 月 20 日消息，在月球一些最冷、最幽暗的陨石坑内布设超稳定激光器，有望助力科学家在月球搭建一套类全球定位系统（GPS）的导航系统，让未来宇航员与航天器更便捷地完成月球地表航行。
美国国家标准与技术研究院的研究人员提出，月球南极附近的永久阴影坑，能为超高精度激光系统提供绝佳的天然运行环境。该研究院发布声明称，这类激光器未来可搭建起授时核心体系，让宇航员、月球车及各类航天器在月球开展活动时，不必过度依赖地面测控追踪系统完成定位导航。
随着美国国家航空航天局筹备阿耳忒弥斯长期登月任务、规划未来月球基地，月球全球定位系统相关构想愈发受到重视。多年来，各国科研人员与航天机构一直在研发月球本土定位、导航与授时方案，已提出的设想包括部署月球轨道导航卫星、架设无线电信标，以及复刻地球全球定位系统技术原理的原子时钟设备。
这项全新研究在现有研究基础上提出了新颖思路：将超稳定激光器安置于月球永久阴影坑内。高稳定性激光器可输出频率近乎恒定的光束，借助多组激光器能精准测算天体与设备间的距离，最终为全月面导航系统筑牢技术根基。
由于月球自转轴倾角极小，永久阴影坑永远无法被阳光直射。常年笼罩在黑暗中的这类陨石坑，温度甚至低于冥王星，最低气温可达零下 223 摄氏度。长久以来，科学界都认定此处蕴藏着大量固态水冰，可作为未来月球定居点的重要资源储备。
如今科研人员发现，这种极端严苛的环境，也能让陨石坑成为高精度激光系统的天然理想实验场。该研究提议采用硅光学谐振腔装置，依靠间距精度极高的镜面来回反射光束，实现激光光束的频率稳定。
在地球上，这类设备必须搭配复杂的低温制冷装置与隔震设施，因为哪怕极其微小的温度波动，都会造成激光频率失稳。但在月球永久阴影坑中，天然环境可直接满足大部分稳定运行条件。
研究院声明指出，陨石坑内的极寒低温，搭配月球天然高真空环境以及远低于地球的震动幅度，能让硅光学谐振腔几乎不受热胀冷缩影响，稳定输出精准激光频率，以此搭建导航系统，完成月球地表航天器定位与轨迹追踪工作。
该研究第一作者叶军（Jun Ye，音译）在声明中表示：“当我摸清永久阴影区的环境优势后，便认定这里是搭建超稳定激光器的最优场所。”
目前地球全球定位系统卫星会持续播发星载原子时钟生成的授时信号，定位设备通过测算多颗卫星信号的传输时长，即可完成位置解算。
现阶段环月航天器依旧高度依赖地面测控系统定位，但随着月球探测活动日益频繁，这种方式将逐渐难以适用。尤其是地形崎岖的月球南极区域，复杂的光照环境更是极大增加了宇航员与探测机器人的导航难度。
对此研究团队提出方案：部署在永久阴影坑内的超稳定激光器，可作为未来月球卫星与通信网络的核心授时基准，成为月球版全球定位系统基础设施的重要组成部分。
将光学谐振腔安置在月球永久阴影坑内部或周边后，便可锁定周边激光器光束，使其固定在单一超高精准频率上。官方表示，由此生成的信号既能充当月球航天器的定位信标，还可与星载原子时钟联动，助力打造地外天体首套光学原子时钟核心架构。
IT之家注意到，该研究成果已于 5 月 8 日正式发表在《美国国家科学院院刊》上。