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NASA選擇多家大學合作開發小衛星空間通信與導航新技術

發布日期: 2020-03-19
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NASA選擇多家大學合作開發小衛星空間通信與導航新技術



NASA選擇多家大學合作開發小衛星空間通信與導航新技術

根據NASA網站2020年3月12日報道,美國宇航局(NASA)將與九所大學的團隊合作,推進小型航天器技術,為人類和機器人探月鋪平道路。根據NASA的Artemis計劃,該機構計劃在2024年前將人類送回月球,小型航天器,也就是“小衛星”,將有助于開辟這條道路。

目前,小型航天器主要在近地軌道上運行,其大小從鞋盒到冰箱不等。通過與這些大學的合作實現的技術進步將能夠更充分地發揮小衛星潛能,將其能力擴展到復雜的月球探測任務。

據NASA小型航天器技術計劃的項目主管Christopher Baker介紹,在為下一次機器人和載人登月任務做準備時,NASA希望小型航天器能夠通過地形勘測、資源勘探以及在月球空間建立通信和導航能力幫助其穩步前進。

未來小衛星可以在月球上提供通信中繼或導航服務,類似于我們在地球上使用通信衛星和GPS。這種能力可能在幫助NASA在月球上建立可持續存在方面發揮重要作用。

為了使新系統和能力更為成熟,NASA的小型航天器技術項目選擇了大學團隊參與其小衛星技術合作計劃。技術開發項目重點關注與月球飛行任務需求有關的三個技術領域:月球通信與導航;月球任務的小衛星推進能力;電源子系統和熱管理技術。以下主要對月球通信與導航領域的主要項目進行介紹。

(1)用于月球通信與導航的可部署光學接收機孔徑

亞利桑那州立大學與NASA噴氣推進實驗室(JPL)將合作開發一種新型可部署大孔徑光通信接收機。這項技術將通過從間隔更遠的多個位置(而不是固定式光學系統)接收信號,實現更簡單、更快的光通信目標捕獲。此項技術還將使小型航天器能夠同時在月球表面的其他資產、不同月球軌道上的其他航天器以及地球之間高效中繼數據。

(2)同時可控雙波束平板相控陣天線利用5G Ka波段硅射頻集成電路(RFIC)實現6U小衛星與月球表面、網關和地球之間的收發通信

圣地亞哥州立大學與NASA格倫研究中心將合作開發利用商業5G蜂窩技術的雙頻段平板相控陣天線。這種方法利用商用通信技術,以低成本立方衛星為平臺,創建一個高性能數據通信網絡,為月球表面和軌道系統服務。利用兩個彼此分離的電控天線將允許在不改變航天器位置或不使用大型機械旋轉天線的情況下,與小型中繼衛星的多個其他系統同時通信。

(3)用于LunaNet小型航天器的高精度連續時間PNT緊湊型模塊

加州大學洛杉磯分校與JPL將合作為月球環境開發類似于地球GPS系統的技術。為了開發一個在月球或火星上提供精確定位、導航和授時服務的系統,這項工作將集成若干個關鍵組成部分,包括一個連續時間定位、導航和授時綜合模塊(包括一個芯片級光機加速度計和緊湊型商用現貨光學陀螺儀)和一個高性能汞離子鐘。

(4)小型衛星月球通信和導航系統

?科羅拉多大學與JPL將合作開發和演示一個通信、導航和授時信號分發系統,它使用類似于地球上手機使用的通信協議。高數據速率和通信協議將同時支持數十個用戶,同時還能夠廣播文本和告警電文。此系統基于多個當前和過去的開發和飛行演示項目,目的是將這些技術集成到一顆性能可靠的低成本衛星上,該衛星可以復制,并作為星座部署,最后在月球上構成一個通信中繼網。

(5)基于月球表面特征的導航與授時在軌演示

德克薩斯大學奧斯汀分校將與NASA休斯頓約翰遜航天中心合作拓展現有的星載光學導航技術,它利用對月球隕石坑的識別和跟蹤來代替恒星跟蹤,創建一種中程地形相對導航解決方案。月球附近的航天器可以利用這項技術跟蹤其相對于月球表面的位置,此方法可作為一種獨立于GPS或其他基于地球系統的創新導航方法。此技術利用隕石坑在月球表面形成的圖案,就像目前的導航系統使用恒星形成圖案,來確定航天器在太空中的位置一樣?;诔墒斓暮阈歉櫮芰?,此技術可以利用現有高度可靠的系統中快速形成新能力。


來源:電科小氙


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