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门户：国际可持续人类深空探索的地月跳板
太阳和深空观测。Gateway 的地月轨道提供了在深空环境以及磁屏蔽环境中进行观测和测量的机会，具体取决于月球轨道的相位。Gateway 将使人类和生物科学目标的追求成为可能，从而更好地了解在火星深空任务的所有阶段保持机组人员健康和优化任务执行所需的条件。具体而言，空间站将通过应用科学目标和在多个领域的调查，包括微陨石通量、大气天气、空间天气和尘埃，实现地球独立运行。Gateway 的外部机器人接口、机械臂和科学气闸将允许有效载荷飞到空间站并安装在空间站上，以供未来调查。
通过隐基因遗传算法优化多航天器地月空间领域感知系统
本文提出了一种优化问题公式，以通过多航天器监测解决地月空间域感知 (SDA) 的挑战。由于关注点范围广以及动态环境丰富，传统的地球架构设计方法难以满足地月 SDA 的设计要求；因此，越来越需要在地月轨道上部署多航天器系统以实现 SDA。基于多航天器的地月 SDA 架构的设计会产生一个复杂的多目标优化问题，其中必须同时考虑航天器数量、可观测性和轨道稳定性等参数。通过使用多目标隐基因遗传算法，本研究探索了与地月 SDA 问题相关的整个设计空间。演示案例研究表明，我们的方法可以提供针对成本和效率进行优化的架构。
地月通信导航系统设想
对于无人月球探测，由于目前地面通信和定位支持对月球极地等特殊位置有限，需要增加覆盖范围和同时服务的用户数。•通信：月球探测四期和国际月球研究站都是针对月球极地地区，需要增加对月球南极的覆盖能力，支持频段包括X、Ka、UHF等。•定位：在国际月球研究站建设中，着陆器将密集地降落在同一区域。
11-2022-NSTC-国家地月空间科学技术战略.pdf
科学技术政策办公室 (OSTP) 是根据 1976 年《国家科学技术政策、组织和优先事项法》成立的，旨在为总统和总统行政办公室内的其他人员提供有关经济、国家安全、国土安全、卫生、外交关系、环境以及资源的技术回收和利用等主题的科学、工程和技术方面的建议。OSTP 领导跨部门科学技术政策协调工作，协助管理和预算办公室每年审查和分析联邦预算中的研究和开发，并作为总统就联邦政府的主要政策、计划和方案进行科学和技术分析和判断的来源。更多信息请访问 http://www.whitehouse.gov/ostp 。
地月安全国家技术愿景
预计月球和地月空间活动将会增加，这带来了安全隐患，也要求加强地月领域的态势感知能力。这些已在多份美国政府文件中有所概述，包括国家空间委员会的《深空探索和发展的新时代》11、美国国家航空航天局与美国太空部队 (USSF) 之间的谅解备忘录 (MOU)、9、太空部队太空顶点出版物 (Spacepower)10 和 2021 年太空工业基础状况报告。3 地月空间系统独特的轨道特性——复杂、通常不稳定的轨道以及围绕拉格朗日点的准稳定晕轨道——对态势感知能力提出了挑战。在地月空间内从一个轨道移动到另一个轨道，以及从地月空间移动到地球静止轨道或日地拉格朗日点，都十分容易，这既为态势感知带来了挑战，也为新颖的任务设计带来了机遇。在本文中，我们描述了对地月安全至关重要的任务类型，重点关注技术差距和需求，并推荐了国家层面所需的具体政策和技术开发，以确保美国在地月领域的利益安全。
基于容量的地月空间领域感知架构优化
地月空间通常被定义为地球和月球之间的空间体积。这包括近 385,000 公里的半径。有无数种可能的传感器架构可以构建来搜索这个空间。在构建架构时，人们通常对最大化可观测性感兴趣。调度传感器以优化容量的任务以前被认为是与架构设计不同的问题。虽然这些问题可以单独解决，但将这些问题放在一起看待可以为地月空间领域感知 (SDA) 提供强大的工具。昨天的解决方案不足以解决今天的问题。在架构设计中只考虑可观测性已经不够了。在本文中，我们首先研究优化的架构，然后将其与优化的调度相结合，以同时最大化容量和可观测性。我们将使用贪婪算法和遗传算法的变体来实现这一点。
具有低保真度传感器和观察者不确定性的地月空间数据采集
随着民用和军用领域对地月空间的兴趣日益增加，对地月空间物体的空间域感知 (SDA) 的需求也随之增加。地月空间的太空 SDA 具有挑战性，部分原因是难以准确估计观测卫星的位置，而准确估计是有效执行 SDA 任务的必要条件。使用多颗配备低保真度设备的观测卫星有助于缓解这些问题，因为可以将方差较大的多个数据集聚合在一起，以实现与较少高质量测量系统相同或更高的精度。地月周期轨道用于观测星座，目标航天器位于 L1 Halo 轨道上。所有轨道均使用圆形限制三体问题 (CR3BP) 建模。系统工具包 (STK) 用于计算轨道几何形状和角度 - 仅提取测量值以模拟带有光学传感器的观测航天器。然后利用扩展卡尔曼滤波器处理测量数据以估计目标航天器的位置。分析重点是比较不同数量的观测航天器的有效性。模拟结果发现，使用低保真度星座可以达到高保真度星座所达到的性能。
基于极地定位的地月区域空间域感知
现代太空任务越来越多地穿越地月空间，需要扩展空间感知功能。传统的空间域感知 (SDA) 系统最初并非为探测和跟踪地月物体而建造的，这可能需要购置新的传感器系统。每个系统都有许多参数，包括传感类型、高度和平台数量，这些参数可能有所不同。任何“极点位置”的一个关键优势是它的位置远在黄道平面之外，并且提供独特的、在某些情况下是正交的观察几何形状，而这种几何形状迄今为止尚未开发用于操作部署。本文讨论了极点位置轨迹的物理原理、燃料与高度的交换以及技术更新，所有这些都表明在短期内展示极点位置 SDA 能力是可行的。此外，本文设计了一个拟议的原型，使用小型航天器与地面传感器协同工作，并描述了当前可供部署的技术。
空间领域感知任务 超越地球同步轨道 (GEO) 地月公路巡逻系统 (CHPS)
仅在未来十年，前往月球和月球表面的交通量预计就会大幅增加。就像国防部监测地球附近太空的活动一样，监测地球静止轨道上方的航天器对于确保操作安全以及在对手采取任何有害行动时进行归因也是必要的。CHPS 将为太空部队提供急需的太空领域感知数据，并协助 NASA 完成将宇航员安全降落在月球上的任务，以及识别和跟踪潜在危险的近地小行星。
主题：长基线量子隐形传态：迈向地月距离 主要作者：Thomas Jennewein 量子计算研究所和 Dep
I. 简介 深空量子网络最重要的先决条件之一是能够在大基线上进行量子隐形传态和纠缠交换。将这一真正基本的量子协议扩展到地球-月球距离将扩大量子力学的有效性测试，并作为量子网络的先驱，可用于深空任务中的传感、安全通信、密集编码和量子计算机互连。迄今为止，只有长基线被动隐形传态（Pirandola2015）在长距离上得到了演示，包括进入太空（Ren 等人，2017）。在本白皮书中，我们讨论了通过深空量子链路 (DSQL) 合作（Mohageg2018）发起的超越行星尺度的完整量子隐形传态的实现。我们建议通过将地面接收器（或国际空间站 - ISS）与月球网关连接起来，在地球-月球距离范围内进行隐形传态演示。量子态隐形传态 (Bennett1993) 是一个独特的非经典概念，因为它使用两个通道将未知的量子态完美地从一个系统转移到另一个系统：最大纠缠态和经典信号。第一步是建立纠缠光子的长距离分布，如图 1(a) 所示，在太空中远距离分布，如墨子号任务所示，该任务通过快速变化分析仪在不同地面站点测量光子，在 1200 公里外进行了贝尔测试。量子隐形传态利用这种远程纠缠，如下所示 (Bouwmeester1997)：首先，Charlie 生成一对纠缠光子 [图 1(b) 中的光子 A 和 B]，A 发送给 Alice，B 发送给 Bob。 Alice 对光子 A 和另一个光子 C 携带的未知量子态联合进行贝尔态测量 (BSM) (Weinfurter1994、Mattle1996、Casmaglia2001)，从而将她的两个光子投射到纠缠态中。这个 BSM 会将 Bob 的光子 B 投射到四种可能的状态之一，具体取决于 BSM 的结果。与此同时，Bob 必须在光子 B 到达量子存储器后将其保留，直到他通过经典信道收到 Alice 的 BSM 结果，然后他使用该结果应用幺正运算以完全恢复原始输入状态。请注意，Alice、Charlie 和 Bob 都不会获得有关输入状态的任何知识，并且最终的幺正变换仅取决于（随机）BSM 结果，因此该协议完全遵循量子无克隆 (Wooters1982)。