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距离地球近24万英里处，月球将拥有它的首个太空港——门户（Gateway），工程师们已为多个航天器制定了数学飞行手册和轨道交通规则，确保它们能在人类探索所涉及的最具挑战性的环境之一中安全共享空间。来源：美国国家航空航天局。

美国国家航空航天局（NASA）正在为人类首个月球太空港做准备，工程师们正在开发一套交通控制系统，以确保航天器安全高效地运行。

在未来二十年内，美国国家航空航天局（NASA）计划建造的门户号空间站可能会成为人类首个月球太空港，为猎户座载人飞船、月球着陆器、货运飞船以及往返于地球、月球之间并最终前往更遥远深空的宇航员提供服务。

与地球上的机场不同，门户（Gateway）将没有跑道、滑行道或登机口广播。相反，航天器将通过一个无形的网络移动，这个网络由地球、月球和周围空间区域的引力塑造而成，其轨道由精确的数学规则控制。

管理这种太空交通需要一种专门的轨道空中交通管制方式。

德克萨斯农工大学、美国国家航空航天局约翰逊航天中心和普渡大学的工程师们开发了算法和运行策略，用于在门户空间站附近等待的航天器，以及管理在同一轨道环境中运行的多辆飞行器。

他们的工作提供了数学指南和轨道交通规则，旨在帮助多艘航天器安全且可预测地共享这一险恶区域。

研究人员通过数千次计算机模拟来研究和测试航天器如何在NASA的门户空间站周围安全定位，平衡精确导航、燃料效率与未来月球任务的挑战。图片来源：得克萨斯农工大学工程学院黛安C戴维斯博士

这些发表在《航天学报》上的研究结果探讨了如何在降低航天器碰撞风险的同时平衡燃料使用与操作需求。

月球探索的未来既取决于火箭科学，也同样取决于交通管理，德克萨斯A&M大学工程学院空间工程副教授、该研究的作者之一黛安戴维斯博士说。

Gateway的轨道带来了交通挑战

要在月球附近建立人类的持续存在，仅仅抵达那里是不够的。航天器还需要一个基础设施，使其能够在同一引力环境中停留和移动，且彼此不相互干扰。

对于Gateway（门户站）以及前往它的航天器而言，其所处环境以近直线晕轨道（NearRectilinearHaloOrbit，简称NRHO）为核心。

GatewayNRHO是月球周围一条近乎稳定且高度拉长的轨道，它能为与地球的通信提供不间断的视线，并且维持所需推进剂很少，戴维斯说。

在沿着这条狭长轨道运行时，Gateway（指月门，是美国主导的阿尔忒弥斯计划中绕月飞行的空间站）和附近的飞行器仍会不断受到地球和月球引力的变化影响。

这条轨迹也不同于以往载人航天器使用的任何轨道。它将门户号带到距离月球北极1000英里范围内，之后再将其带到月球南极以外近40000英里处。

月球距离地球近24万英里，它即将迎来首个太空港——网关（Gateway）。工程师们已制定出数学飞行手册和轨道交通规则，以确保多艘航天器能在人类探索过的最具挑战性的环境之一中安全共处。 图片来源：得克萨斯农工大学工程学院黛安C戴维斯博士

单个空间站可以通过偶尔启动推进器来保持既定轨道。但当猎户座乘员舱、无人货运飞船和大型月球着陆器可能都需要在同一区域进行接近、对接、离开或等待等操作时，情况就变得更加复杂了。

戴维斯表示：碰撞和严重损坏可能会发生。为确保机组人员安全和任务成功，在NRHO中进行有效的交通管理至关重要。

驻留可确保航天器安全分离

该交通系统背后的核心理念之一是驻留，即航天器在等待期间，相对于特定轨道或轨迹进行精准维持。

戴维斯说：在太空中徘徊是指让航天器相对于特定轨道或轨迹保持位置，而不立即执行机动动作。

基本概念类似于机场交通管理。飞机可能在登机口等待、在滑行道上停留，或在获得许可继续前进前盘旋。

接近网关（Gateway）的航天器可能会面临类似的延误。航天器可能需要等待数小时、数天甚至数周，直到有对接端口可用或另一项任务结束。

主要的区别在于没有固定的表面，并且每辆车都处于运动状态。

每艘航天器都在不断移动，戴维斯说，这是一个‘恰到好处’的区域，要让‘停泊’的航天器之间保持足够的距离以确保安全，但又要离目的地足够近，以便高效利用资源。

确定这种平衡是该研究的核心目标。

从探索新的星球到研发在地球之外生存和发展所需的技术，得克萨斯农工大学的航天工程师们正在应对下一阶段太空探索的挑战。他们的研究涵盖太空机器人技术、长期太空任务、月球探测技术等多个领域，助力将有关未来太空探索的宏伟设想变为现实。 资料来源：得克萨斯农工大学工程学院

通过数千次计算机模拟，工程师们测试了让航天器在Gateway周围保持适当距离的方法，同时考虑了未来Artemis任务可能遇到的实际导航误差、推进器性能缺陷以及微小干扰。

模拟结果显示，适度增加轨道保持机动可使航天器显著更接近其计划位置，同时仅需对推进剂使用进行微小调整。

戴维斯说：更高的定位精度意味着任务规划人员能更好地预测每艘航天器的位置，从而节省宝贵的燃料。

了解每辆车（此处结合语境推测可能是航天器）的位置，有助于更轻松地协调对接时间、规划交会操作，并降低载人任务和机器人任务的风险。

每一次机动都有代价，戴维斯说，就像地球上的空中交通管制一样，航天器需要可预测的位置和轨道，才能安全地协调它们的行动。

更高的可预测性也将简化航天器往返于Gateway的复杂流程。

一种编队方式可以管理月球交通

与其让来访的飞行器各自等待，航天器可以停留在预先精确计算好的位置，位于门户空间站前方或后方，直至获得停靠或离港许可。研究人员将这种布局称为珍珠串队形。

类似串珠项链上珍珠的排列方式，航天器会在月球轨道上并相对于‘门户’自然排列，戴维斯说。保持徘徊飞行器相对于‘门户’的位置能实现更紧密的编队，并降低飞行器危险地漂移到一起的风险。

这一变化看似微小，但可能为管理日益复杂的绕月操作提供重要框架。

戴维斯说：这是一种新型交通控制的开端，是整个交通系统基础设施规划中一个令人兴奋的前沿领域。

对戴维斯而言，轨道交通规划直接建立在多年的任务设计和天体动力学研究基础之上。

在2026年加入得克萨斯农工大学航空航天系之前，她在NASA约翰逊航天中心工作了十多年，在那里她担任了网关项目的首席工程师和任务设计负责人。

作为一名副教授，戴维斯目前研究地月空间动力学和太空交通管理，同时也在为学生参与未来可能伴随人类在月球周围长期存在而出现的日益复杂的月球任务做准备。

没有什么比培养和造就未来的工程师与科学家更让我兴奋的了，戴维斯说，这是一个绝佳的机会，因为未来规划月球任务、管理地球之外人类太空交通的将是他们。

如果月球旅行最终变得常规化，确保这种交通的安全运行将不仅仅依赖火箭和航天器。它还将依靠数学规则来决定谁等待、谁通行，以及如何让飞行器在距离地球近24万英里的地方保持安全距离。

参考文献：《GatewayNRHO中的轨道维持与驻留》，作者：黛安C戴维斯、布莱恩P麦卡锡、斯蒂芬T绍尔勒、艾米丽M齐莫万斯普林及凯瑟琳C豪厄尔，2026年6月3日，《航天学报》。DOI：10.1016j.actaastro.2026.06.006

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月球是地球的唯一天然卫星，它围绕地球旋转。其表面布满了由陨石撞击形成的环形山，还有广阔的月海。月球自身不发光，我们看到它明亮是因为反射太阳光。它对地球产生潮汐作用，在人类文化和科学探索中都有着极其重要的意义。

BY: Zaid Elayyan, Texas A&M University

FY: AI

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