中美载人登月计划激烈交锋，中国必须拿下月球定时权

世界航天强国关于月球探测和载人登月的竞争越来越激烈，尤其是在中美之间，对相关技术的研发也在激烈竞争中。未来月球探测和开发最关键的技术之一，也是普通人容易忽视的技术之一，就是月面计时及与地球同步。

也许有人会说，这不是拿块儿表上月球就解决了吗？事情没那么简单。

因为月球的重力仅有地球的约六分之一。根据爱因斯坦广义相对论的“时间膨胀”效应，月球表面时间在每个地球日比地球表面时间快57.5微秒，甚至月球表面与月球轨道上的时间也有差别。

尽管这种效应很小，但会随着时间的推移而累积，使地球时间对月球运行越来越不可靠。现在所有的远程数据通讯与卫星定位体系，都离不开对时间的精确计量，因此必须提前制定一套可行的时间同步规则。

谁先在这方面获得突破，谁就掌握了月球开发的主动权、话语权，甚至是分配权。

为了解决这个问题，世界各地的科学家和工程师都在寻找解决方案。

据外媒报道，中国科学家已经率先取得了成绩。我国科学期刊《天文学与天体物理学》在去年12月发表的一篇论文里，介绍了南京紫金山天文台的一个团队开发的软件。

该团队建立了一个模型，考虑了月球较弱的引力及其在太空中的运动，使月球上的事件能够与地球上使用的时钟精确同步。

研究人员在论文中用数据证明，他们的方法即使在1000多年的时间里也能让地月时间差距精确到几十纳秒以内。他们还将这个数学模型打包到天文学应用软件中，用户只需一步操作就能比较月球和地球时间，不用经过复杂的计算。

中国科学家的这个突破意义重大。因为地月时间同步，对于地月通信和导航都有重要影响：

目前地球上的全球导航定位系统（包括中国的北斗、美国的GPS、欧洲的伽利略系统等）的授时精度，已达到微秒级别，地月之间数十微秒的时间差距，足以让定位精度劣化几百米，如果使用地球附近现有的全球导航卫星为月球表面提供导航服务，这样的精度完全不可接受。

如果应用了中国科学家的这套算法进行修正，则有可能实现可接受的精度，这就可以用现成的系统、较低的成本，在月球进行较为精准的定位与测量，满足一般的月球科考、月面生活与月球资源开发需求。

即使未来发射月球专用导航卫星系统，也需要在地月之间进行高精度的时间同步，否则这些月球导航卫星上的原子钟就难以被高精度地远程校验，月面导航的精度也将会劣化。总之，如何实现时间同步，是无论如何也无法绕开的技术门槛。

除此以外，地月之间的高速数字通信也需要地月时钟高精度同步，否则高速数字通信系统也会因为时隙对不齐而产生各种问题。因此要提前为未来，地月之间与月内之间的联网互通，解决这些现实技术问题。

目前国际上还没有制定统一的月球时间标准。世界各国的探月计划都使用自己的时间标准，并转换成“协调世界时”。但探月活动越来越多，月球时间标准不统一带来的问题也日益严重。

试想一下两个国家之间想要交流各自的月球航天器信息，因为在时间方面无法达到高精度的统一，结果就是通讯不畅、定位不准、鸡同鸭讲，双方都不在同一个时间与空间坐标系里，还谈什么交流、合作、开发。

早在在2022年11月，全球航天机构和学术组织的代表就在欧洲航天局的欧洲空间研究与技术中心召开会议，起草关于如何定义月球时间的建议。

国际计量局的时间部部长帕特里齐亚·塔维拉表示，如果不确立官方的月球时间，各国航天机构和私人公司就会按各自的方案行事，今后交流起来就麻烦了。

现在地球上的时间是按照格林尼治天文台来确定的，这是历史形成的传统，也是英国在科技史上具有重大影响力的证明。

这次中国科学家首先解决了地月时间同步问题，对于增加我国在月球时间标准制定领域的话语权具有重要贡献，也许有一天，月球标准时间就要按照中国方案来制定了。

若是未来月球大开发成为整个人类文明的重大工程，那地球的时间基准，为了方便起见放弃格林尼治天文台，改成中国陕西临潼国家授时中心，其实也很合理。

几百年前我们国力太弱，中国没能参与地球时间的制定权竞争，现在至少在月球时间制定权上，走在了前头。

另外，这里尤其要提一下月球导航系统。地球附近现有的全球导航卫星的信号传播至38万公里外的月球时，信号强度只有地球表面信号强度的1/30，并且月球背面无法接受到信号，月球正面布满的山丘也很容易阻挡信号，因此世界主要航天强国基本都认为应该开发月球专用卫星导航系统。

美国NASA与意大利航天局合作开发了月球GNSS接收机实验(LuGRE)计划，2025年3月已在月球表面首次成功捕获并跟踪了来自地球的GPS和伽利略导航信号。

2020年，NASA为支持"阿尔忒弥斯"载人登月计划提出了"月球网"架构，计划发射多颗运行在月球轨道上的卫星。

2022年6月，美国"顶石"探测器升空，被称为"世界上第一颗月球导航卫星"，验证新型导航技术。

《中国空间科学技术》期刊在2024年发表了北京空间飞行器总体设计部的一篇论文《近月空间星座轨道设计方法》，提出了由21颗卫星组成的近月空间导航星座方案，计划分三个阶段建设。

第一阶段部署2颗椭圆冻结轨道卫星，为月球南极极区提供全时对地中继通信；第二阶段部署9颗卫星，实现月球极区及背面100%一重覆盖；第三阶段完成21颗卫星部署，实现全月100%四重覆盖。

我国计划在2030年之前实现载人登月，登月区域预定就在月球南极地区，因此该计划第一阶段很可能会在2030年之前实施。我国科学家在地月时间同步领域的成就，将为实现这一宏伟目标做出重要贡献。

文｜聂森 前诺基亚、爱立信工程师、军工科技领域创作者