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新月：Cislunar安全研讨会报告
在2024年3月1日至2日，来自加拿大不列颠哥伦比亚省盐泉岛的各种背景，学科和国家 /地区的专家讨论了月球上的活动引起的现有且可预见的安全性挑战。车间和随附的研究，分析和咨询是由太空安全网（SSN）和外层空间研究所（OSI）进行的。SSN总部位于不列颠哥伦比亚大学的温哥华，并得到了加拿大国防部动员国防与安全（Minds）计划的武器长度赠款的支持。OSI是一个全球研究人员的网络，他们致力于跨学科研究的承诺，以应对人类对外太空的使用和探索面临的巨大挑战。研讨会以“ Moby对Lunar和Cislunar Security的建议”采用，该讲习班以研讨会的晚餐场所之一的名字命名。建议的预期受众广泛，包括政府，行业以及政府间和非政府组织。建议在本报告的末尾复制。
代表性的Cislunar区域中的静电势屏蔽
摘要 - 已经研究了使用光电仪和次级电子排放对相邻太空飞行器的无触觉感测，用于地球同步（GEO）应用。随着越来越多的任务发送到Cislunar空间，该技术也可以扩展到那里。但是，Cislunar环境的复杂性给无触摸潜在的传感技术带来了新的挑战。一个主要问题的时间比地理区域短，而在Cislunar地区可能低至10 m。因此，研究了一个在月球周围短德比区域中带电的航天器周围的电力和电势场的模型。呈现了真空（拉普拉斯）和debye -hückel模型，并使用有效的debye长度来扩展模型并更好地代表环境。先前已经在低地球轨道（LEO），安静的地理和小行星环境中研究了有效的Debye长度，但在Cislunar等离子体环境中尚未发现，并且在远距离距离的距离上可以使用电子排放率更高，比预期的距离更大。一旦建立了有效的DEBYE长度和相关模型，通过在NASCAP-2K中的计算（一种飞船 - 系数相互作用软件）中探索了有效的Debye长度和无触摸潜在传感功能之间的关系。然后使用所开发的方法来确定在具有不可忽略的静电势屏蔽的Cislunar地区被动和主动无触摸电势感应是可行的。
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。
利用周期性和准轨道的地月转移设计...
本研究重点是在四体问题的背景下研究利用太阳引力进入月球区域的低能量传输轨迹。具体来说，我们探索了双圆限制四体问题 (BCR4BP) 中的动力学结构。BCR4BP 是一种有用的模型，可用于在地球-月球和太阳-地球系统的复杂动力学都很重要的情况下进行初步轨迹设计。该模型在一个模型中包含了太阳、地球和月球的引力，同时降低了星历表模型中增加的扰动带来的复杂性。我们研究了 BCR4BP 中周期和准周期轨道的存在性和稳定性。庞加莱图表示来自这些轨道的流形结构信息，并允许构建纯弹道低能量传输到月球区域。这项研究的结果表明，利用 BCR4BP 中的动态结构有助于在地月空间中构建复杂的低能量传输。将这三个物体的引力纳入一个模型中，可以在设计过程中提供直观的理解。此外，展示这种设计策略在构建多种类型的地月轨道传输方面的灵活性可能会为未来的设计提供参考。
CISLUNAR空间应用的物理信息确定
准确的轨道测定对于Cislunar空间监测至关重要。在低地球轨道（LEO）中用于OD的传统技术可能无法在Cislunar空间中有效地工作，因此需要新的方法来估计这种环境中机动目标的状态。本文提出了一种利用物理知情神经网络（PINN）的新方法，这是一种独特的神经网络类型，旨在解决由参数微分方程控制的前进和反问题。OD问题被视为一个动态问题，其目的是从观察数据开始解决管理微分方程。该系统能够使用仅被动角度观察来估计目标状态，而无需任何初始猜测或集成。如果考虑操纵目标，包括运动方程中未知的动态组件，则可以在观察范围内的任何时候估算目标状态和操纵者本身。该方法均可在Space4 Center提供的CISLUNAR对象和合成生成的数据的两个实际角度观察结果上进行测试。本文得出的结论是，所提出的方法有可能提高Cislunar空间中的OD准确性，并且可能是传统方法的有希望的替代方法。
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。
地月周期轨道族和预期观测特征
由于受月球引力的影响，地月空间物体的轨道是非开普勒轨道，无法通过一组简单的特征进行一般参数化。从地球上看，物体也更暗淡，移动速度相对较慢；预计探测和跟踪都会更加困难。在本文中，我们从地球和月球上假设的地面传感器的角度，回顾了一组可能的轨道及其预期的天文测量和光度特征。虽然可能存在多种轨道，但我们重点关注在会合框架中闭合（即周期性）并从平动点（圆形限制性三体问题的静止平衡）发出的特殊类型的轨道。我们研究了 31 个独立的元素周期轨道系列（Doedel 等人，2007 年），每个都是光滑流形。对于每个系列，我们生成一系列具有代表性的会合位置和速度，并基于多面卫星模型模拟预期的观测特征（例如赤经、赤纬、视星等）。在这项研究中，我们希望更好地了解遥感技术如何为地月空间中的航天器发挥作用，以支持下一代传感器架构，包括太空实验，例如 AFRL 的地月公路巡逻系统 (CHPS) 概念。
IAA-ICSSA-20-0X-XX 地月空间领域认知轨道设计
随着可机动飞行器和计划进入深空（即超越地球同步地球轨道（GEO））的飞行器越来越多，空间环境变得越来越拥挤，空间领域感知（SDA）和空间交通管理（STM）变得越来越具有挑战性。由于地球轨道卫星和地月轨道卫星之间的距离很大且观测几何有限，因此空间基地月领域感知任务的轨道设计是一个重要课题。必须为地月空间物体建立复杂的天体动力学模型，因为月球引力不能像在地球轨道飞行器动态模型中那样被忽略或视为地月物体跟踪动态模型的扰动。地月空间体系在天文学、行星际任务分级、月球探索和通信以及地球轨道插入等应用方面具有重要价值，因此越来越受到航天工业的关注 [1]。放置在地月共线拉格朗日点 L1 和 L2 的航天器可以避免地球和月球的重力井、表面环境问题以及人造和天然空间碎片。这些航天器需要较低的驻留推进剂（每秒厘米级），并且可以在 L1 和 L2 之间或地月空间和日地空间之间飞行 [2]。
地月空间入门 - 空军研究实验室
美国太空部队于 2019 年 12 月成立，其任务是保卫和保护美国在太空的利益。到目前为止，该任务的范围一直局限于近地，大约在地球静止轨道范围（22,236 英里）。随着美国公共和私营部门的新业务延伸到地月空间，美国太空部队的关注范围将扩大到 272,000 英里甚至更远——范围增加了十倍以上，服务量增加了 1,000 倍。美国空军现在在该地区承担着更大的太空领域感知 (SDA) 监视任务，但其当前的能力和架构受到技术和为传统任务设计的架构的限制……随着 NASA 的人类存在从国际空间站延伸到月球表面、地月空间和行星际目的地，随着美国空军组织、训练和装备以提供保护和捍卫地球轨道内外重要美国利益所需的资源，新的合作将成为在这些遥远边境安全运作的关键。[强调添加] [1]
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。