4.1 围绕 L1 的 Lyapunov 轨道 围绕 L 1 拉格朗日点的初始、自然 Lyapunov 轨道的选择如图 3a 所示。这些自然
CAPSTONE 是…… • 一颗 12U 立方体卫星,将作为第一颗进入近直线晕轨道 (NRHO) 的航天器,该轨道的目的地是 Gateway,Gateway 是 NASA 的 Artemis 计划的一部分,是绕月前哨。 • 预计将成为第一个在地月空间飞行的立方体卫星。 • 计划使用自己的推进系统耗时 3 个月到达月球周围的目标目的地。 • 计划绕月球这一区域运行至少六个月,以了解轨道特性并进行技术演示。 • 通过验证创新导航技术和验证 NRHO 的动态,帮助降低未来航天器的风险。 • 计划于 2021 年搭载 Rocket Lab Electron 火箭发射。
5 月,六颗由 Terran Orbital 设计和制造的卫星在 SpaceX Transporter 5 任务中发射:Pathfinder Technology Demonstrator-3 (PTD-3)、Centauri 5、两颗为 GeoOptics 制造的 CICERO-2 卫星和两颗为 NASA 制造的 CPOD 卫星。PTD-3 将继续实现突破性的太空对地数据传输速度,并将很快载入吉尼斯世界纪录。我们开发并发射了两颗卫星以支持 NASA 具有历史意义的 Artemis 1 计划:CAPSTONE 和 LunIR。CAPSTONE 于 6 月发射,通过使用弹道月球转移实现近直线晕轨道,为未来的月球任务开辟了道路。11 月,LunIR 搭载 NASA 的太空发射系统发射升空,旨在绘制月球表面地图以确定未来的着陆点。Terran Orbital 开发的卫星正在彻底改变我们与地球、月球和深空互动和探索的方式。
对于这一特定任务,该联盟已初步确定了两个可能的研究案例:LUMIO 和 M-ARGO。LUMIO(月球流星体撞击观测器)是一颗 12U 立方体卫星,将进入地球-月球 L2 晕轨道,通过探测流星体的闪光来观察、量化和描述流星体对月球背面的撞击,补充地球上对月球正面的观测,以提供有关月球流星体环境的全球信息并有助于了解月球情况。M-ARGO 是一颗 12U 深空立方体卫星,将与近地小行星会合并描述其物理特性以了解其是否存在原位资源,首次展示立方体卫星系统独立探索深空的能力。这两项任务的特点是在恶劣环境中具有高度的自主性和复杂性,因此是正在进行的 ESA RAMS/FDIR 活动的极佳研究案例。在活动的第一阶段,LUMIO最终被选为项目进一步完善的研究案例。
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。
太阳巡洋舰是一个小型(ESPA 级)卫星技术演示任务 (TDM),旨在使用面积大于 1600 平方米的太阳帆来完善太阳帆推进技术,展示其作为推进系统和稳定指向平台的性能,用于在日地拉格朗日点 1(sub-L1)向阳的人造晕轨道上进行科学观测。为了确保整个任务期间的姿态控制,必须管理用于姿态控制的反作用轮 (RW) 上累积的动量,以使帆船不会因 RW 动量饱和而失去控制。太阳辐射压力与质心 (CM)/压力中心 (CP) 偏移、变形的帆形和远离太阳的指向角以及其他因素相结合引起的环境扰动扭矩会在轮子上形成动量。太阳巡洋舰通过使用主动质量转换器 (AMT) 来减轻这种动量积累,通过调整 CM/CP 偏移来保持俯仰和偏航动量,并使用推进器来保持滚动动量。太阳巡洋舰团队进行了一项调查,以评估新型动量管理概念的可行性和权衡,例如反射率控制装置 (RCD)、不同的推进器配置以及控制叶片和其他铰接式控制面。此外,还评估了减少扰动扭矩累积的技术,例如减少吊杆尖端偏转和时钟角控制。类似的帆船动量管理策略可用于未来的任务,例如太空天气监测和地球磁尾科学任务。关键词:太阳巡洋舰、动量管理、GNC、ADCS
灵活月球探索架构 (FLARE) 的概念是将四名机组人员送上月球表面,在月球表面停留至少七天,然后安全返回地球。只要组件车辆投入运行,FLARE 就可以实施。FLARE 是作为 NASA 载人着陆系统 (HLS) 参考架构的替代方案而开发的,该架构来自 2019 年创建的设计分析周期 (DAC) #2。DAC2 指南要求在近直线晕轨道 (NRHO) 中使用 Gateway 车辆。相反,FLARE 选择低月球冻结极地轨道 (LLFPO) 进行组件的月球会合,并选择 Gateway 车辆。LLFPO 提供每 2 小时飞越南极一次的稳定轨道,确保可以轻松进入月球表面进行表面中止,并且推进剂需求比 NRHO 低得多。最小 FLARE 概念使用一次太空发射系统 (SLS) 发射、一个猎户座火箭、一个欧洲服务舱 (ESM) 和一个载人着陆器(通过商用飞行器发射)。FLARE 增加了 SpaceTug,它以成熟成功的 ULA“通用”半人马座上面级运载火箭为基础,经过修改后可打造出地月转移飞行器。在 FLARE 基线任务中,SpaceTug 提供将猎户座 + ESM 从 LLFPO 返回地球所需的推进力。SpaceTug 还提供推进力,将单独的载人着陆器组件——下降组件 (DE) 和上升组件 (AE)——从低地球轨道 (LEO) 运送到 LLFPO。然后,SLS Block 1 发射猎户座 + ESM,并与 LLFPO 中配对的 DE + AE 组件完成会合。FLARE 提供基线任务以外的可选阶段。 SpaceTug 可以将计划中的 Gateway 组件(包括动力和推进元件 (PPE) 和居住和后勤前哨 (HALO))运送到 LLFPO。FLARE 提供了一种将前体设备运送到月球表面以增强和延长载人任务的选项。借助这些组件(包括充气居住舱和气闸舱、个人机组人员机动车、现场资源利用 (ISRU) 演示以及科学和技术实验),机组人员可以在月球表面探索和进行科学研究长达 14 天。
地月自主定位系统技术操作和导航实验 (CAPSTONE) 任务由 NASA 与科罗拉多州威斯敏斯特的 Advanced Space, LLC 合作开发。这项技术演示任务是月球周围近直线晕轨道 (NHRO) 操作的探路者。NHRO(近月点 = 3,200 公里;远月点 = 70,000 公里)是 NASA 的 Artemis Gateway 的预定轨道,Artemis Gateway 是一个计划在月球轨道上运行的小型载人空间站。CAPSTONE 任务将验证模拟并确认 Gateway 的运行计划,同时验证 Gateway 动力和推进元件的导航和驻留要求的性能。因此,该任务将为 NASA、商业和国际任务提供在苛刻的轨道范围内运行的运行经验。CAPSTONE 任务由 Terran Orbital Corporation 开发、集成和测试的 12 单元 (U)+ CubeSat 组成,它携带一个有效载荷通信系统,能够与 NASA 的月球勘测轨道器 (LRO) 进行交联测距。CAPSTONE 包含一个芯片级原子钟 (CSAC),用于与 NASA 的深空网络进行单向测距实验,一个专用的有效载荷飞行计算机用于软件演示,以及一个摄像头。此次发射由 NASA 的发射服务计划协调,由 Rocket Lab 在其 Electron 运载火箭上使用其 Photon 上面级部署 CAPSTONE 航天器。该任务于 2022 年 6 月 28 日发射。CAPSTONE 航天器从光子级部署,经历了大约 4 个月的高度燃料效率转移阶段,于 2022 年 11 月 13 日进入 NRHO,进行为期六个月的主要任务阶段。该任务目前处于为期十二个月的技术增强运营阶段。CAPSTONE 技术演示任务由 Advanced Space, LLC 领导。航天器开发和任务运营由加利福尼亚州欧文市的 Terran Orbital Corporation 进行。CAPSTONE 任务的显著成就包括展示 NHRO 的可达性;验证 NHRO 环境中的关键操作概念;为未来月球运营的商业支持奠定基础;并加速实现地月自主定位系统 (CAPS) 提供的点对点导航功能。CAPSTONE 任务由 NASA 的小型航天器技术 (SST) 计划资助,该计划是 NASA 空间技术任务理事会的几个计划之一。该计划的目的是开发和演示增强和扩展小型航天器能力的技术,特别注重通过使用小型航天器实现新的任务架构,扩大小型航天器到达新目的地的范围,并增强未来