IT之家 5 月 20 日消息，在月球一些最冷、最幽暗的陨石坑內布設超穩定激光器，有望助力科學家在月球搭建一套類全球定位系統（GPS）的導航系統，讓未來宇航員與航天器更便捷地完成月球地表航行。

美國國家標準与技术研究院的研究人員提出，月球南極附近的永久陰影坑，能為超高精度激光系統提供絕佳的天然運行環境。該研究院發布聲明稱，這類激光器未來可搭建起授時核心體系，讓宇航員、月球車及各類航天器在月球展開活動時，不必過度依賴地面測控追蹤系統完成定位導航。

隨著美國國家航空航天局籌備阿耳忒彌斯長期登月任務、規劃未來月球基地，月球全球定位系統相關構想愈发受到重視。多年來，各國科研人員與航天機構一直在研發月球本土定位、導航與授時方案，已提出的設想包括部署月球軌道導航衛星、架設無線電信標，以及複刻地球全球定位系統技術原理的原子時鐘設備。

這項全新研究在現有研究基礎上提出了新穎思路：將超穩定激光器安置於月球永久陰影坑內。高穩定性激光器可輸出頻率近乎恆定的光束，借助多組激光器能精準測算天體與設備間的距離，最終為全月面導航系統筑牢技術根基。

由於月球自轉軸傾角極小，永久陰影坑永遠無法被陽光直射。常年籠罩在黑暗中的這類隕石坑，溫度甚至低於冥王星，最低溫度可達零下 223 摄氏度。長久以來，科學界都認定此處蘊藏著大量固態水冰，可作為未來月球定居點的重要資源儲備。

如今科研人員發現，這種極端嚴苛的環境，也能讓隕石坑成為高精度激光系統的天然理想實驗場。該研究建議採用矽光學諧振腔裝置，依靠間距精度極高的鏡面來回反射光束，實現激光光束的頻率穩定。

在地球上，這類設備必須搭配複雜的低温制冷裝置與隔震設施，因為哪怕極其微小的溫度波動，都會造成激光頻率失穩。但在月球永久陰影坑中，天然環境可直接滿足大部分穩定運行條件。

研究院聲明指出，隕石坑內的極寒低溫，搭配月球天然高真空環境以及遠低於地球的震動幅度，能讓矽光學諧振腔幾乎不受熱脹冷縮影響，穩定輸出精準激光頻率，以此搭建導航系統，完成月球地表航天器定位與軌跡追蹤工作。

該研究第一作者葉軍（Jun Ye，音譯）在聲明中表示：“當我摸清永久陰影區的環境優勢後，便認定這裡是搭建超穩定激光器的最優場所。”

目前地球全球定位系統衛星會持續播發星載原子時鐘生成的授時信號，定位設備通過測算多顆衛星信號的傳輸時長，即可完成位置解算。

现阶段環月航天器依舊高度依賴地面測控系統定位，但隨著月球探測活動日益頻繁，這種方式將逐漸難以適用。尤其是地形崎嶇的月球南極區域，複雜的光照環境更是極大增加了宇航員與探測機器人的導航難度。

對此研究團隊提出方案：部署在永久陰影坑內的超穩定激光器，可作為未來月球衛星與通訊網絡的核心授時基準，成為月球版全球定位系統基礎設施的重要組成部分。

將光學諧振腔安置在月球永久陰影坑內部或周邊後，便可鎖定周邊激光器光束，使其固定在單一超高精準頻率上。官方表示，由此生成的信號既能充當月球航天器的定位信標，還可與星載原子時鐘聯動，助力打造地外天體首套光學原子時鐘核心架構。

IT之家注意到，該研究成果已于 5 月 8 日正式發表在《美國國家科學院院刊》上。

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