这颗微型、开创性的卫星正在执行一项重大的月球任务

如果一切顺利，几年后，NASA 宇航员将乘坐猎户座太空舱前往月球，这是一个重达 8.5 吨的庇护所，占满了一个大房间。但在尺寸范围的另一端——但在许多方面，对月球探索目标同样重要的——是一艘可以整齐地放在办公桌上的航天器。

这艘飞船就是地月自主定位系统技术操作和导航实验（简称 CAPSTONE）。它将于 6 月底发射升空，有望成为同类卫星中的第一颗月球卫星。它正在进行试运行，计划在未来执行更精彩的任务。CAPSTONE 可能有助于 NASA 创建一个通信中心，在不久的将来，它将绕月球运行。

CubeSat 的奖学金

尽管规模很小，CAPSTONE 仍因一些原因而引人注目，其中许多原因与该卫星的类型有关：立方体卫星。

立方体卫星确实是立方体：常见的基础模型边长约 4 英寸，重量不超过 4.5 磅。你可以拿在手里；你甚至可以亲手建造一个，因为大多数都使用现成的组件。你可以将它们堆叠成更大的卫星。CAPSTONE 结合了 12 个立方体卫星，少于迄今为止最大的卫星（使用了 16 个）。

从 1998 年到 2022 年 6 月初，已经发射了 1,862 颗立方体卫星，到 2028 年，这一数字预计将增加一倍以上。立方体卫星成本低廉，这意味着业余爱好者、大学团体、新兴初创企业、小型发展中国家以及其他缺乏 SpaceX 或世界大型航天机构资源的国家都可以使用它们。

但立方体卫星的低成本也使其在其他任务中具有吸引力。2019 年，NASA 与私人公司 Advanced Space 签订了建造 CAPSTONE 的合同，造价为 1370 万美元。（相比之下，即使是最基本的大型月球探测器的成本也要高出一个数量级。）Advanced Space 选择使用立方体卫星以低成本快速将探测器送入太空。

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绝大多数立方体卫星都位于地球轨道。只有少数卫星飞过了地球轨道。2018 年，两颗立方体卫星随 NASA 的“火星洞察号”任务一起抵达火星。绝对没有一颗立方体卫星到达过 CAPSTONE 在月球轨道上的目的地。

“到目前为止，还没有月球立方体卫星，”亚利桑那大学工程师 Jekan Thanga 表示，他没有参与 CAPSTONE 项目。“CAPSTONE 实际上在这方面将是第一个。”

其他立方体卫星也将参与 Artemis 1 无人试飞。根据发射时间（目前预计不早于 8 月），它们可能会比 CAPSTONE 更快到达月球。

CAPSTONE 的两大使命

CAPSTONE 将从新西兰的玛希亚半岛发射，搭载由私人太空公司 Rocket Lab 制造的 Electron 火箭，该公司主要将小型卫星发射到地球轨道。CAPSTONE 将是 Electron 首次尝试登陆月球。“这也是一个先例，”Thanga 说。

11 月初，经过 3.5 个月的航行后，CAPSTONE 将进入月球周围一个特殊的细长环路，称为近直线晕轨道 (NRHO)。该轨道从一个极点上方 1,000 英里处摆动到另一个极点上方 43,500 英里处。进入 NRHO 不仅仅是一种有趣的好奇心。CAPSTONE 将为未来的月球门户测试这一轨道，月球门户是阿尔特弥斯计划的一部分，计划建造一个绕月空间站。

“毫无疑问，数学计算是可行的，”Cheetham 说，但 CAPSTONE 将为航天器操作员提供进入该轨道的练习。

在绕月飞行期间，CAPSTONE 会尝试做其他事情：在不联系地球地面控制的情况下与航天器通话。CAPSTONE 的机载计算机将尝试与月球勘测轨道飞行器建立连接，月球勘测轨道飞行器是 NASA 的早期航天器，自 2009 年以来一直在绘制月球表面地图，并计算两艘航天器的位置。当从地球到月球的通信（即使以光速）需要超过 1 秒时，能够与当地卫星通话是一项非常有用的能力。

Thanga 表示，未来的立方体卫星或许能够让这种能力更加持久。例如，它将使与月球背面的通信更加容易，而目前月球背面还无法与地球通信。去年，当中国嫦娥四号着陆器着陆月球背面时，它需要另一颗卫星来传递往返地球的信息。

相互通信的月球卫星可以更轻松地避免碰撞，而且它们不必为任何需要而呼叫地球地面控制中心。“我们想要做的是优先考虑地面联系，”奇瑟姆说，取消常规位置检查，转而传输重要的操作数据，

沟通为王

全世界的注意力都可能集中在载人阿尔忒弥斯任务上——无论何时真正起飞，第一次任务将于 2024 年进行。但像 CAPSTONE 这样的小规模任务对于为这些宇航员奠定基础（或太空工作）是必要的。

更多的月球任务正在筹备中，可能最早在今年年底发射。NASA 已与几家公司合作建造一支月球登陆器舰队，该舰队配备了科学实验装置，用于测量地下水、月球表面成分和磁场强度等，以测试未来月球居住的前景。

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随着越来越多的阿尔特弥斯飞行和宇航员登上月球，他们将依赖月球门户等基础设施，该门户将充当宇航员在月球表面的通讯中心和配送中心。该计划遭到批评——一些评论员认为，通过月球门户进行登月将使任务需要更多的能源和昂贵的燃料。

但 Gateway 只是一个开始。Artemis 背后的航天机构及其合作伙伴正在规划从月球矿山到月球卫星导航到月球核电站的一切。

“感觉去月球的交通会更加繁忙，”Thanga 说，“而这需要更多的基础设施，包括像 Gateway 这样的系统。”

更正（2022 年 6 月 24 日）： CAPSTONE 发射地点从切萨皮克湾更改为新西兰马希亚。此外， Electron 火箭背后的公司名为 Rocket Lab，而不是 Rocket Labs。