隨著美國“阿爾忒彌斯”計劃與中國“月球科研站”計劃相繼推進(jìn)，人類對月球的探索正從短期考察邁向長期駐留。在這片寂靜的月壤上，探測器協(xié)同、航天員通信、科學(xué)數(shù)據(jù)傳輸?shù)热蝿?wù)對通信系統(tǒng)提出了極高要求。近日，一項由中國科研團(tuán)隊提出的5G星地一體定制化通信方案，為解決月面通信難題提供了創(chuàng)新思路，相關(guān)成果發(fā)表于《宇航學(xué)報》。

月球環(huán)境極端惡劣，給通信系統(tǒng)設(shè)計帶來巨大挑戰(zhàn)。月面晝夜溫差超過300℃，白天溫度高達(dá)127℃，夜晚則驟降至-173℃，普通電子設(shè)備難以承受如此劇烈的溫度波動。高真空環(huán)境導(dǎo)致傳統(tǒng)散熱方式失效，強(qiáng)宇宙輻射隨時可能損壞電子元件。更棘手的是，長達(dá)28個地球日的月夜期間，太陽能供電中斷，通信設(shè)備需依賴特殊能源維持運(yùn)行。38萬公里的地月距離導(dǎo)致信號延遲顯著，傳統(tǒng)航天通信的接口冗余、協(xié)議適配性差等問題愈發(fā)突出，難以滿足未來月球基地的多元化需求。

針對這些難題，科研團(tuán)隊設(shè)計了一套“集中+分布式”的柔性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由月球中繼衛(wèi)星、月面基地園區(qū)和月面邊緣網(wǎng)三部分構(gòu)成。中繼衛(wèi)星搭載多波束天線，實現(xiàn)月面區(qū)域連續(xù)覆蓋，既負(fù)責(zé)連接月面設(shè)備，又承擔(dān)地月通信中繼任務(wù)；月面基地部署輕量化核心網(wǎng)，覆蓋半徑20公里的探索區(qū)域，統(tǒng)一管理著陸器、月球車和航天員；邊緣網(wǎng)則跟隨月球車靈活部署，通過三種定制化方案適應(yīng)不同場景需求。這種架構(gòu)如同一張覆蓋月球的“通信天網(wǎng)”，為月面活動提供全方位支持。

為確保極端環(huán)境下的通信可靠性，方案采用了多層次備份策略。月面中心站與月球車的核心網(wǎng)設(shè)備相互交叉?zhèn)浞?，主設(shè)備故障時從設(shè)備可自動切換補(bǔ)位，避免通信中斷。中繼衛(wèi)星上還部署了備份星載核心網(wǎng)，即使終端超出月面基地覆蓋范圍，也能通過近月域無縫覆蓋實現(xiàn)星上處理。這種設(shè)計巧妙平衡了月面資源受限與高保障需求之間的矛盾，為長期駐留任務(wù)提供了可靠保障。

支撐這套系統(tǒng)的，是一系列尖端關(guān)鍵技術(shù)。智能接入控制技術(shù)使終端能在多種接入系統(tǒng)間智能切換，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和業(yè)務(wù)需求選擇最優(yōu)連接方式；多鏈路連接與軟切換技術(shù)采用“先接通再斷開”策略，保障移動過程中的通信連續(xù)性；網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)則能像切蛋糕一樣，為不同任務(wù)分配專屬通信資源，滿足高清視頻、科學(xué)數(shù)據(jù)、語音通信等差異化需求。通導(dǎo)一體化技術(shù)將導(dǎo)航功能融入通信網(wǎng)絡(luò)，通過5G基站的實時動態(tài)定位，解決了月面導(dǎo)航的精度難題，為航天員和月球車提供可靠的位置服務(wù)。

在建設(shè)規(guī)劃上，月球5G網(wǎng)絡(luò)將分三步逐步落地。第一步是在月球南極建設(shè)月面基地通信網(wǎng)絡(luò)，部署集中式輕量化核心網(wǎng)，構(gòu)建基本的工作和生活通信網(wǎng)；第二步是擴(kuò)展月面邊緣網(wǎng)，通過激光或微波鏈路實現(xiàn)基地與邊緣區(qū)域的通信互聯(lián)，擴(kuò)大覆蓋范圍；第三步是部署天基備份網(wǎng)絡(luò)，利用中繼衛(wèi)星實現(xiàn)地月全面通信，完成全場景覆蓋。仿真測試顯示，單星中繼拓?fù)涞耐ㄐ趴捎寐士蛇_(dá)72.3%，端到端時延低至2.56秒，完全能滿足實時通信需求。

該方案的另一創(chuàng)新點在于提出了月面用戶快速接入與會話更新方法?？紤]到月面用戶數(shù)量有限且經(jīng)過嚴(yán)格審核，系統(tǒng)提前在終端中裝訂缺省通信策略，環(huán)境穩(wěn)定時直接啟用，環(huán)境變化時快速更新。通過無線接入網(wǎng)作為感知節(jié)點，實現(xiàn)感知與通信一體化，既能降低基礎(chǔ)設(shè)施部署成本，又能提升環(huán)境適應(yīng)能力，讓通信系統(tǒng)像“智能生命體”一樣感知月球環(huán)境變化。

隨著各國探月工程的推進(jìn)，月球已成為深空探索的前沿陣地。5G技術(shù)與航天科技的深度融合，不僅能解決月面通信的諸多難題，更將為月球科研站建設(shè)、月球資源開發(fā)、載人登月等任務(wù)提供堅實支撐。當(dāng)5G信號在月壤上傳播，人類將能實時見證月球探索的每一個精彩瞬間，為構(gòu)建地月空間信息走廊、邁向更遙遠(yuǎn)的深空探索奠定堅實基礎(chǔ)。這張跨越星際的“通信橋梁”，正在推動人類向星際文明邁進(jìn)。