月球是地球的唯一衛星正不正確（一顆立方體衛星正在飛向月球）

2023-04-21 17:01:56

在這個十年結束之前，NASA將自阿波羅時代以來首次將太空人送上月球。作為阿耳特彌斯（Artemis）計劃的一部分，美國宇航局還計劃建立基礎設施，以實現「持續的月球探索計劃」。其中一個關鍵部分就是「月球門戶」（Lunar Gateway），這是一個軌道空間站，將為定期往返月球表面提供便利。除了作為往返地球的飛船的停靠點，空間站還將允許執行前往火星的長期任務。

「月球門戶」（Lunar Gateway）將擁有軌道力學中所謂的「近直線 halo 軌道」（NRHO），這意味著它將從一極到另一極圍繞著月球運行。為了測試該軌道的長期穩定性，NASA 將在 5月底之前將「Cislunar 自主定位系統技術操作和導航實驗 (CAPSTONE)」 發送到月球。這個為期9個月的「立方體衛星（CubeSat）」任務將是第一個測試該軌道，並展示其對「月球門戶」有好處的太空飛行器。

「CAPSTONE」 是位於科羅拉多州威斯敏斯特的先進空間公司擁有和運營的一顆12單元立方體衛星，它是一項技術演示，將測試光暈（halo）軌道和幾個關鍵系統的穩定性。該任務計劃於5月31日（最早）發射，屆時火箭實驗室光子宇宙飛船將發射「CAPSTONE」號，開始為期四個月的月球之旅。經過一系列的「清理」操作，將太空飛行器插入其軌道後，「CAPSTONE」將在月球上運行至少6個月，僅偶爾啟動推進器以維持其軌道。

上圖：月球軌道上的 CAPSTONE 任務的動畫。

這個軌道將把「CAPSTONE」帶到從月球的一個極點到另一個極點的路徑上，沿著一個恆定的橢圓形軌道圍繞月球運行。它將花費近一周的時間來完成，屆時立方體衛星將在月球南極附近運行得最慢，而南極將是它離月球表面最遠的地方（76000公裡）。當它到達北極上空時，立方體衛星將達到其最高速度，並在 3400 公裡處最接近月球表面。

NASA艾姆斯研究中心小型太空飛行器技術項目副經理埃爾伍德·阿加西德（Elwood Agasid）在NASA的新聞發布會上解釋道：

「CAPSTONE 將得到精確控制和維護，並將極大地受益於其近乎直線光暈軌道的近乎穩定的物理特性。 燃燒的時間是為了給太空飛行器額外的動力，因為它自然會產生動力 —— 這比更圓形的軌道需要的燃料要少得多。」

「這個軌道還有一個額外的好處，它允許月球門戶與未來在月球表面，以及返回地球的Artemis任務進行最佳通信。 這可以為未來的月球科學和探索工作開啟新的機遇。」

這些測試將驗證維持 NASA 模型預測的軌道所需的動力和推進力，減少後勤方面的不確定性。在其多個軌道上，CAPSTONE 將證明一個創新的「太空飛行器對太空飛行器」導航系統的可靠性。該系統將在不依賴地面站的情況下，測量 CAPSTONE 立方衛星相對於美國宇航局的月球勘測軌道飛行器（LRO）的位置。LRO 自2009年以來一直在月球軌道上運行。

上圖：在這幅插圖中，美國宇航局的獵戶座宇宙飛船在月球軌道上接近月球門戶空間站。

為了測試這個系統，CAPSTONE 將攜帶第二個專用有效載荷飛行計算機和無線電，它將執行計算，以確定立方體衛星在其軌道路徑中的位置。通過與 LRO 的交聯，獲得的數據將用於測量兩顆衛星之間的距離以及距離變化的速度。這種點對點信息共享，將允許任務控制人員評估 CAPSTONE 的自主導航軟體，並實時確定立方體衛星的位置。

通過對這個被稱為「地月面自主定位系統」（CAPS）的軟體的驗證，美國宇航局未來的任務將能夠在不依賴地球跟蹤系統的情況下，確定太空飛行器的位置。這還帶來了一個額外的好處，即釋放地面天線的帶寬，允許任務控制人員在相對常規的跟蹤過程中傳輸科學數據。

NASA的工程師們還預計，「近直線 halo 軌道」（NRHO）將允許他們能夠在繞月軌道上駐留更大的太空飛行器約 15 年。這包括月球門戶本身和將與之對接加油，或進行下一段旅程的宇宙飛船 —— 即獵戶座宇宙飛船和深空運輸（DST）。這對美國宇航局的「從月球到火星」任務架構至關重要，該任務將包括在本世紀30年代早期向這顆紅色星球發送載人任務。

其他商業合作夥伴包括，位於加州的 Tyvak 納米衛星系統公司（人類軌道公司的子公司），該公司建造了CubeSat平臺，以及提供 CAPSTONE 推進系統的恆星探索公司。CAPSTONE項目由NASA的小型太空飛行器技術（SST）計劃管理，由NASA的先進探索系統（AES）資助，並通過NASA的小型企業創新研究（SBIR）計劃進行開發。

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