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画像説明：NASAの「月面ネットワーク」アーキテクチャは、月の近くでナビゲーションと通信サービスを提供できる。

特派員チェン・ヤン

新しい月探査と開発計画の人気が高まるにつれ、月ナビゲーション システムを確立する提案も議題に上っています。 7月14日の香港のサウスチャイナ・モーニング・ポストの報道によると、中国の科学者らは最近、月全体にサービスを提供できる北斗航法システムと同様の通信・航行星座を構築する設計計画を提案したという。以前は、米国、欧州、日本はいずれも独自の月航行計画を提案していました。それでは、月面ナビゲーション システムを構築する際の課題は何でしょうか?

中国の学者が月航行計画を提案

サウスチャイナ・モーニング・ポストは、6月に中国宇宙科学技術誌に掲載された論文を引用し、中国の研究チームが中継通信、月航行、星座の建設と維持コストのさまざまな指標を包括的に検討し、21の計画を提案したと伝えた。衛星で構成された月に近い宇宙ナビゲーションコンステレーションは、月での長期かつ高密度の有人探査活動に長期かつ高精度のナビゲーションを提供することを目的としています。

「サウスチャイナ・モーニング・ポスト」は、現在、地球の表面や地球近傍空間では、米国の全地球測位システム（GPS）、中国の北斗衛星航法システム、欧州の「ガリレオ」衛星航法システム、ロシアの「GLONASS」衛星が主に使用されていると述べた。ナビゲーション システムは、全天候型の高精度測位およびナビゲーション サービスを世界中のユーザーに提供します。これらのグローバル衛星ナビゲーション システムは、通常、数メートルの精度で 20 ～ 35 個の衛星で構成されており、ユーザーは少なくとも 4 つの衛星の信号の組み合わせを使用して、正確に位置を特定し、時刻情報を取得できます。

中国の科学者が提案した月面航行計画もこれと同様で、航行には少なくとも4つの衛星が同時に目標に見える必要がある。報告書によると、この研究では、月全体の航行を3段階に分けて段階的に実現する、月に近い宇宙星座の建設ルートも提案されているという。中国の研究チームは、追跡調査では軌道パラメータ最適化技術を組み合わせて、より体系的な月航法ソリューションを形成すると述べた。

報告書は、具体的な建設スケジュールについては明らかにしていないものの、中国の月探査プロジェクトの予備計画と国際月面科学研究ステーションの計画は以前に発表されていると述べ、中国は2030年までに宇宙飛行士を月に送る計画を立てていると述べた。基本的に完全な機能と基本的なサポート要素を備えた国際月科学研究ステーションは、月の南極を中心として2年前に建設され、拡張バージョンは2045年までに建設される予定です。

米国、欧州、日本はいずれも月航行計画を提案している

近年、航空宇宙研究では、月に近い宇宙星座の構築が話題になっています。月の探査と開発活動がますます盛んになるにつれ、月のナビゲーション システムを確立するというアイデアが常に提案されています。米国の有人月面着陸計画「アルテミス」のナビゲーションニーズを満たすため、米航空宇宙局（NASA）ジェット推進研究所の科学者らは2020年、計算の結果、GPS衛星信号が38万キロメートル離れた月の近くにあることを確認した。月周回軌道上の探査機は5～13機のGPS衛星の信号を受信でき、測位精度は200～300メートルと言われている。

しかし、月面で大規模な探査や開発活動を行う場合、このような測位精度では十分とは言えません。宇宙航空研究開発機構 (JAXA) の報告書によると、38 万キロメートル離れた月の近くの地球の近くで動作している全地球規模の衛星ナビゲーション システムの信号強度は、地上の信号強度の 1/30 にすぎず、障害物のせいで、月自体、これらの航行信号は月の裏側からは受信できません。同時に、月の表面はクレーターで覆われており、地球からの微弱な航行信号は丘やクレーターの縁によって妨げられやすいため、サポートを提供する特別な中継通信衛星が必要です。中国はすでに月面通信の中継に成功した経験があり、2018年と2024年に打ち上げられたQueqiao-1号とQueqiao-2号は複数の月探査ミッションで中継通信をサポートしている。

2020年、NASAは「アルテミス」プログラムをサポートする「月面ネットワーク」アーキテクチャを提案しました。これにより、月面上およびその近くでの宇宙飛行士と宇宙船間の通信ニーズを満たすことができ、宇宙飛行士と探査機が月面で通信できるようになります。月面を観測して位置と時刻の情報を取得します。このためNASAは2022年1月に「月通信中継・航法システム」を打ち上げ、月周回軌道上で運用する複数の衛星の打ち上げを計画している。 2022年6月28日、米国の探査機「キャップストーン」が打ち上げられた。このマイクロ波サイズの探査機は「世界初の月航行衛星」と宣伝されており、その使命の一つは、将来のミッションのリスクを軽減するための新しい航行技術を検証およびテストすることである。

欧州でも月通信サービスの計画が進められている。 2021年、欧州宇宙機関（ESA）は「ムーンライト」計画を発表し、2027年頃に持続可能な月共有通信・航法システム（LCNS）を構築することを提案し、2025年に最初の「月パスファインダー」を打ち上げる予定だ。楕円凍結軌道での検証。

日本のJAXAも2022年に「月航法衛星システム（LNSS）」を提案しており、月の楕円軌道に8機の衛星を配備し、中継通信や月の南極地域の探知機の航法・測位サービスを提供する計画だ。

月面ナビゲーションシステムを構築するのは簡単ではない

地球の近くにはすでに 4 つの主要な全地球航法および測位システムが存在しますが、それらを月の表面に「移動」させるのは簡単ではありません。 NASA のウェブサイトによると、月探査システムの構築に影響を与える最初のことは月の時刻の問題です。 NASAの最新の計算によると、相対性理論の「時間の遅れ」効果によれば、地球の表面の時間と比較して、月の表面の時間は地球1日当たり57.5マイクロ秒速く、さらには月の表面の時間も速いことがわかった。月の軌道とは異なります。全地球航法・測位システムの時間精度がマイクロ秒レベルに達していることを考えると、この月時の影響は無視できません。そして現在、月には独立した標準時がありません。各国の月探査プログラムは独自の時間スケールを使用し、それを「協定世界時」に変換します。しかし、月探査活動の増加に伴い、月の標準時間の不一致の問題はますます深刻になってきています。 2022 年 11 月、世界の宇宙機関と学術団体の代表者が欧州宇宙機関の欧州宇宙研究技術センターに集まり、月時の定義方法に関する推奨事項の草案を作成しました。国際度量衡局時間局長パトリツィア・タベラ氏は、公式の月時が確立されない場合、国家宇宙機関や民間企業は独自の計画に従って行動するだろうと述べた。

第二に、NASA は、4 つの主要な全地球航法および測位システムは全球測地観測システム (GGOS) に基づいており、後者を通じてのみ、統一および調整された地表座標と高度を取得できると述べています。しかし、現在、月面上に確立された同様の地理座標系は存在しません。米国国家地理空間情報局（NGA）は関連測定作業を進め、「月基準システム（LRS）」の構築を進めているが、これには大量の観測データが必要となる。 NASAは、近い将来にアルテミス計画で役割を果たすことは期待されていないことを認めた。

さらに、月の航行計画の具体的な実施は、月自体の形状と質量にも影響されます。例えば、Queqiao-2 リレー星は、ミッション軌道として月の周りの大きな楕円形の凍結軌道を採用しています。月の不規則な形状と構造により、月の近くを飛行する探査機は月の重力などの要因の影響を受けます。そしてその飛行軌道は逸脱しやすい。

米国、欧州、日本の月面ナビゲーションプログラムが、相互協力を通じて強化された月面ナビゲーションサービスを提供し、国際標準を構築することを計画していることは注目に値します。米国と欧州も２０２４年から、地球探査機が発信する微弱な衛星航法信号を月面の位置計算に利用する試験を開始する予定だ。 ▲