阿尔忒弥斯与月球计时的未来

NASA 的阿尔忒弥斯计划旨在在月球上建立持续的人类存在——不仅仅是短暂的访问,而是包括月球门户空间站、地表栖息地和资源开采设施在内的永久基础设施。所有这些都需要我们在地球上习以为常的东西:一个可靠的共享时间标准。

为什么阿尔忒弥斯需要精确计时

20 世纪 60-70 年代的阿波罗任务不需要月球时间标准。任务持续数天而非数月,导航由地球上的地面跟踪站处理。

阿尔忒弥斯则根本不同。该计划设想:

月球南极附近持续运行的永久地表基地。作为中继枢纽的月球轨道门户空间站。自主运行的多个月球车和机器人系统。来自不同国家和公司的商业着陆器定期到达。

每一个系统都需要知道精确的时间——而且它们都需要对时间达成一致。通过地标导航的月球车需要将其时钟与轨道参考信标同步。接近地表的着陆器需要与门户进行时间协调。地球和月球之间的通信窗口必须精确到微秒级。

月球导航 — 月球 GPS

在地球上,GPS 之所以有效,是因为每颗卫星都携带与主时间标准同步的原子钟。您的手机通过测量来自多颗卫星的信号到达时间的微小差异来计算其位置。

NASA 和 ESA 正在为月球规划类似的系统。ESA 的「月光」计划将在月球轨道上放置卫星以提供导航和通信服务。NASA 的月球通信中继和导航系统 (LCRNS) 将对此进行补充。

月球 GPS 要工作,所有卫星需要一个共同的时间基准——而且该时间基准必须考虑相对论效应。月球轨道上的卫星经历的引力时间膨胀与地表时钟不同,就像地球上的 GPS 卫星必须修正相对论效应一样。协调月球时间 (LTC) 将提供这一基础。

阿尔忒弥斯时间表

阿尔忒弥斯计划的时间表与 LTC 开发进度紧密相关:

阿尔忒弥斯 I(2022 年 11 月完成)— 太空发射系统和猎户座飞船绕月无人试飞。不需要地球跟踪以外的计时系统。

阿尔忒弥斯 II(计划 2025 年)— 自 1972 年阿波罗 17 号以来首次载人绕月飞行。仍依赖地球跟踪。

阿尔忒弥斯 III(计划 2026-2027 年)— 月球南极附近的首次载人着陆。该任务将受益于初步的 LTC 框架,特别是在精确着陆和地表操作方面。

阿尔忒弥斯 IV 及以后 — 门户空间站将在轨道上组装。多个国家和商业伙伴将运营地表设施。完整的月球时间基础设施变得不可或缺。

超越月球 — 火星和深空

建立 LTC 所获得的经验将直接适用于火星计时,火星的引力时间膨胀不同(火星的表面引力约为地球的 38%),且长达 24 分钟的通信延迟使得与地球的实时同步不可能实现。

协调火星时间标准最终也将需要建立,它基于与 LTC 相同的相对论原理,但使用火星特有的参数。目前为月球开发的框架是整个太阳系计时的试验场。

立即追踪月球时间

在官方 LTC 基础设施建设期间,您可以在本站的实时协调月球时间时钟上查看今天的月球时间。该时钟将从 J2000.0 纪元累积的 +56.02 µs/天漂移率应用于 UTC,提供月球时钟读数的实时近似值。