好意思国国度航空航天局为天际任务设想新的计时系统

月球基地和火星栖息地的宏伟绸缪带来了私有的挑战，尤其是在天体间协调时期方面。好意思国国度航空航天局的JPL的征询东说念主员提倡了一种新的月球时期系统，用于管制星际运行的复杂性。

宇航员在月球名义的艺术印象，这是阿尔忒弥斯绸缪的一部分。 他们将如安在月球上储存电能？ 3D打印电板不错帮上忙。 府上开端：好意思国国度航空航天局

好意思国国度航空航天局（NASA）、其他航天机构和交易航天部门正在为东说念主类将来的地球除外的宇宙制定自利自为的绸缪。 这些绸缪的目标是在月球上和月球周围开采遥远性基础法子，使东说念主类简略在月球上捏续开展征询、科学和交易举止。 这些绸缪还包括初次载东说念主飞往火星，随后建造大地栖息地以支撑将来的探听。 但是，这些富裕远见的绸缪也濒临着宏大的挑战，从后勤和本事扼制到确保健康和安全不一而足。

一个要害的挑战是月球、月球轨说念和地球之间的同步操作，这需要一个范例化的时期系统。 为了搞定这个问题，好意思国国度航空航天局的征询东说念主员最近提倡了一种新的月球计时系统，适用于所有这个词月球温顺月球举止。 该系统基于相对论时期变换，即频繁所说的"时期推广"。 通过谈判引力和畅通的各别，这种形状确保了精准可靠的计时，这对月球上和月球周围的协调运行至关伏击。

这项征询由 Slava G. Turyshev、James G. Williams、Dale H. Boggs 和 Ryan S. Park 完成，他们是好意思国国度航空航天局喷气鞭策推行室（JPL）的四位征询科学家。 他们的论文"太阳系原心、地球和月球之间的相对论时期变换"的预印本最近在网上发表，当今正在接管审查，以便在Physical Review D杂志上发表。

与网关空间站对接的猎户座飞船。 在"阿特米斯IV"任务中，猎户座将初次探听盖特威空间站，宇航员将用它向盖特威空间站运输"国外栖息地"（I-Hab）舱。 在"阿特米斯"五号和六号任务中，"猎户座"将复返"盖特威"运输其他组件。 图片开端：NASA / Alberto Bertolin， Bradley Reynolds

凭证洛伦兹变换和爱因斯坦的特殊相对论（SR）的瞻望，相对论时期变换（RTT）描述了不雅察者的参照系加快时，时期的荏苒是如何变慢的。 当爱因斯坦用他的广义相对论（GR）表面扩展了 SR 以阐发引力时，他细目了加快度和引力本体上是疏导的，而时期流的变化取决于引力场的强度。 这给天际探索带来了挑战，因为在地球除外运行的航天器会受到加快度、微重力和低重力的影响。

图里舍夫通过电子邮件告诉《当天天地》，跟着东说念主类运行在月球上永劫期使命，RTT 将成为一个伏击的谈判要素：

"[RTT]阐发了时期是如何凭证重力势能和畅通的不同而以不同的形势流动的。 举例，由于月球名义的引力较弱，月球上的时钟会比地球上的时钟走得稍快一些。 天然这些各别很小，每天唯一微秒级的分辨，但在协调天际任务时却变得相配伏击，因为在天际任务中，即使是轻微的时期纰谬也会导致宏大的位置纰谬或通讯蔓延。 在天际探索中，精准计时至关伏击。 凭证参照系的不同，各式时期措施阐述着不同的作用。"

在论文中，征询小组指出了三种主要的时期措施。 它们包括：

地球时期（TT）：这一时期标度用于地球系统，代表平均海平面上的时期，并凭证地球重力势能进行修正。

重点坐标时期（TCB）：重点天体参考系（BCRS）中的时期坐标，以太阳系重点为中心。 TCB 谈判了重力势能和天体相干于重点的畅通所产生的相对论效应，因此关于天膂力学和能源学的高精度建模至关伏击。

重点动态时期（TDB）：源自 TCB，但经过治疗以与地球时期（TT）疏导的平均速度运行，这一治疗顾惜了相干于 TT 的长久泛泛漂移，确保星历表与地球不雅测长久保捏一致。

好意思国国度航空航天局宇航员在月球南极的插图。 咱们今天看到的任务构念念至少有一些来自天际期间早期。 府上开端：好意思国国度航空航天局

"相对论翻新将这些时期措施相干起来，确保航天器导航、行星星历表和通讯的时期保捏一致，"图里舍夫补充说。"莫得这种翻新，航天器的轨迹和任务时期将很快变得不行靠，即使在相对较短的距离上亦然如斯。"

好意思国国度航空航天局的阿尔忒弥斯绸缪包括在半月空间和南极地区周围的月球名义运行的多个要素。 其中包括Gateway轨说念站、多个东说念主类着陆系统（HLS）和阿尔忒弥斯大本营--它将由月球地形遨游器（LTV）、宜居出动平台（HMP）和地基名义栖息地（FSH）组成。 此外，欧空局还绸缪开采月球村，由多种运载、能源和原地资源诓骗（ISRU）元素组成。

中国和俄罗斯还绸缪在月球南极地区建造一个月球栖息地，称为国外月球征询站（ILRS）。 凭证多种说法，该站可能包括一个大地部分（可能在熔岩管中）、一个轨说念部分以及与阿尔忒弥斯基地营和月球村相通的其他部分。 紧随自后的将是交易天际利益，其中可能包括采摘、采矿，以致旅游。 天然，在月球绕地球运行的经过中，这些举止必须与任务死心中心保捏相干。图里舍夫说，跟着月球探索的加快，细目专用的月球时期（LT）刻度和以月球为中心的坐标参考系（LCRS）变得越来越伏击。 因此，他和共事们开发了一种 TL 刻度，以确保月球上和月球周围举止的精准计时。 他们的形状触及应用地球上使用的相对论旨趣，并使其允洽月球的环境，其中包括：月球上较弱的重力导致时期走得更快：

月球上较弱的重力导致月球时钟的滴答声比地球时钟更快。

月球围绕地球和太阳的畅通会带来周期性的时期变化。

被称为"马斯克"的局部引力颠倒玄机地影响着月球的引力场，从而影响着时期的流动。

被称为"月球村"的月球陨石坑角落的居住群。 府上开端：SOM

图里舍夫说："咱们的征询成果标明，月球时期每天比地球时期提前约56微秒，月球轨说念还会形成特殊的周期性变化。这些周期性回荡的振幅约为 0.47 微秒，周期约为 27.55 天。"

为了推导出这些变换，图里舍夫和他的团队依靠了来自好意思国宇航局重力收复和里面推行室（GRAIL）任务的高精度数据，这两颗卫星在2011年至2021年期间对月球进行了征询。 除了画图月球名义舆图，这对双子卫星还画图了月球引力场的详备舆图。 这与月球激光测距（LLR）推行所作念的测量辘集在一说念，该推行以毫米级的精度测量地月距离。 图里舍夫说：

"诓骗这些数据，咱们对月球的重力势能和轨说念能源学进行了建模，确保由此产生的时期变换达到亚纳秒精度。 咱们引入了一些要害常数来描述变换，这些常数相通于用于地球时期系统的常数。 其中最要害的不停条目是

LL示意月球中心和名义之间的平均时期治疗率，抵偿了类硒层的引力和旋转势的总数。

LM，相通于地球的 LB，用于抵偿重点坐标时期（TCB）和月球时期（TL）之间的平均时期治疗率。

LH，代表月球绕太阳系原心畅通的总轨说念能量的长久平均值。 它界说了 TCB 与月球中心坐标系时期（TCL）之间的速度差，并包括与太阳和行星的引力互相作用所产生的孝顺。

LEM，示意从地心天体参照系（GCRS）不雅测到的月球绕地球畅通的总轨说念能量的长久平均值。

PEM，谈判了月球椭圆轨说念产生的周期性相对论修正以及太阳和行星的引力扰动，从而产生随时期变化的回荡。

"这些变换组成了咱们高精度月球计时系统的基础，这对将来的任务绸缪和运行至关伏击"。

ILRS的可视化，摘自《中国国度航天局协调伙伴指南》（2021年6月）。 开端：中国国度航天局

正如图里舍夫和他的共事们在论文中指出的那样，开采调和的月球时期系统关于任务的见效至关伏击，原因有好多。 这些原因包括

精准导航和着陆：从轨说念遨游器到着陆器和漫游车，繁密任务齐以月球名义为目标，同步授时将确守秘致目位，裁减要害任务阶段出现造作的风险。

无缝通讯：协调地球、轨说念遨游器和月球基地之间的举止需要一致的时期同步，以幸免通讯蔓延，确保数据传输规章正确。

协调科学：共同的时期范例使不同空间机构和组织实施的多个任务简略分享和准确相比数据，从而支撑对月球地质、地震举止和重力颠倒的大领域征询。

自主运行： 跟着月球任务的复杂性和捏续时期的增多，专用的月球时期系统将使基地和航天器简略颓靡于地球运行，从而减少在地球不行见期间对地球计时的依赖。

新的计时系统是东说念主类为成为星际物种而必须作念出的繁密治疗之一。 跟着本世纪东说念主类在月球上的存在无间增多并成为遥远性的，一个协调的月球时期系统将变得越来越伏击。 一朝按时载东说念主火星任务运行，也需要摄取相通的措施，而这些使命照旧矜重运行了！ 检讨火星协调时（MCT）和达里安日期，了解更多信息。

改编自Universe Today上领先发表的一篇著作。