NASA选择多家大学合作开发小卫星空间通信与导航新技术

根据NASA网站2020年3月12日报道，美国宇航局（NASA）将与九所大学的团队合作，推进小型航天器技术，为人类和机器人探月铺平道路。根据NASA的Artemis计划，该机构计划在2024年前将人类送回月球，小型航天器，也就是“小卫星”，将有助于开辟这条道路。

目前，小型航天器主要在近地轨道上运行，其大小从鞋盒到冰箱不等。通过与这些大学的合作实现的技术进步将能够更充分地发挥小卫星潜能，将其能力扩展到复杂的月球探测任务。

据NASA小型航天器技术计划的项目主管ChristopherBaker介绍，在为下一次机器人和载人登月任务做准备时，NASA希望小型航天器能够通过地形勘测、资源勘探以及在月球空间建立通信和导航能力帮助其稳步前进。

未来小卫星可以在月球上提供通信中继或导航服务，类似于我们在地球上使用通信卫星和GPS。这种能力可能在帮助NASA在月球上建立可持续存在方面发挥重要作用。

为了使新系统和能力更为成熟，NASA的小型航天器技术项目选择了大学团队参与其小卫星技术合作计划。技术开发项目重点关注与月球飞行任务需求有关的三个技术领域：月球通信与导航；月球任务的小卫星推进能力；电源子系统和热管理技术。以下主要对月球通信与导航领域的主要项目进行介绍。

（1）用于月球通信与导航的可部署光学接收机孔径

亚利桑那州立大学与NASA喷气推进实验室（JPL）将合作开发一种新型可部署大孔径光通信接收机。这项技术将通过从间隔更远的多个位置（而不是固定式光学系统）接收信号，实现更简单、更快的光通信目标捕获。此项技术还将使小型航天器能够同时在月球表面的其他资产、不同月球轨道上的其他航天器以及地球之间高效中继数据。

（2）同时可控双波束平板相控阵天线利用5GKa波段硅射频集成电路（RFIC）实现6U小卫星与月球表面、网关和地球之间的收发通信

圣地亚哥州立大学与NASA格伦研究中心将合作开发利用商业5G蜂窝技术的双频段平板相控阵天线。这种方法利用商用通信技术，以低成本立方卫星为平台，创建一个高性能数据通信网络，为月球表面和轨道系统服务。利用两个彼此分离的电控天线将允许在不改变航天器位置或不使用大型机械旋转天线的情况下，与小型中继卫星的多个其他系统同时通信。

（3）用于LunaNet小型航天器的高精度连续时间PNT紧凑型模块

加州大学洛杉矶分校与JPL将合作为月球环境开发类似于地球GPS系统的技术。为了开发一个在月球或火星上提供精确定位、导航和授时服务的系统，这项工作将集成若干个关键组成部分，包括一个连续时间定位、导航和授时综合模块（包括一个芯片级光机加速度计和紧凑型商用现货光学陀螺仪）和一个高性能汞离子钟。

（4）小型卫星月球通信和导航系统

科罗拉多大学与JPL将合作开发和演示一个通信、导航和授时信号分发系统，它使用类似于地球上手机使用的通信协议。高数据速率和通信协议将同时支持数十个用户，同时还能够广播文本和告警电文。此系统基于多个当前和过去的开发和飞行演示项目，目的是将这些技术集成到一颗性能可靠的低成本卫星上，该卫星可以复制，并作为星座部署，最后在月球上构成一个通信中继网。

（5）基于月球表面特征的导航与授时在轨演示

德克萨斯大学奥斯汀分校将与NASA休斯顿约翰逊航天中心合作拓展现有的星载光学导航技术，它利用对月球陨石坑的识别和跟踪来代替恒星跟踪，创建一种中程地形相对导航解决方案。月球附近的航天器可以利用这项技术跟踪其相对于月球表面的位置，此方法可作为一种独立于GPS或其他基于地球系统的创新导航方法。此技术利用陨石坑在月球表面形成的图案，就像目前的导航系统使用恒星形成图案，来确定航天器在太空中的位置一样。基于成熟的恒星跟踪能力，此技术可以利用现有高度可靠的系统中快速形成新能力。