科罗拉多州戈尔登--两年多前，NASA的环月自主定位系统技术操作和导航实验-缩写为Capstone-正在一如既往地忙碌，目前正在试运行技术，以增强环月空间中的航天器操作。

2022年6月28日，搭载着来自新西兰的火箭实验室电子助推器，Capstone发射升空，这是一颗微波炉大小的立方体卫星，重约25公斤，正在执行任务，并在绕月近直线光晕轨道(NRHO)上运行。

NRHO是NASA的cislunar Gateway空间站的预定轨道，该空间站旨在作为人类对月球和其他地方进行长期探索的前哨。它还将允许宇航员进入月球南极--这是美国航天局阿耳特弥斯计划的早期优先区域。

克服早期的故障

对于Capstone来说，并非一帆风顺。在执行任务的早期，一个受阻的推进器将探测器送入快速翻滚模式。它还克服了推进剂冻结等故障。

科罗拉多州威斯敏斯特高级太空公司的首席工程师托马斯·加德纳说，在克服了这些技术问题后，这艘航天器现在计划再进行几个月的环月太空操作。该公司拥有Capstone，并将在整个任务中运营Capstone。

加德纳对记者说：“先进空间公司正在与NASA和其他政府机构(如空军研究实验室)的其他潜在客户合作，为他们的实验提供测试机会。”太空新闻。

加德纳说，这些实验主要集中在自主精确导航和定时，以及地月领域的其他操作，包括通信中继服务以及航天器的交会、近距离操作和对接。根据NASA的说法，这项任务的成本约为3000万美元，其中包括从火箭实验室购买的1000万美元的运载火箭。该航天器是由人族轨道公司(前身为泰瓦克纳米卫星系统公司)根据与先进空间公司签订的商业分包合同建造的。

软件测试平台

Capstone依赖于环月自主定位系统(CAPS)，这是一个实时系统，用于估计在环月环境中运行的航天器的绝对位置和速度。

立方体卫星配备了喷气推进实验室提供的机载芯片级原子钟，以精确确定航天器在空间和时间上的坐标。加德纳解释说，先进空间公司已经成功地展示了CAPS自主导航技术，既使用了与NASA绕月月球侦察轨道器的双向测距，也使用了与喷气推进实验室的深空网络的单向上行链路。

加德纳说，除了测试CAPS导航系统软件外，还有一项正在进行的努力，以评估一系列基于软件的能力，其中包括在机上安装额外的计算机。这台计算机允许地面控制器运行软件，而不会干扰航天器的操作。

加德纳说：“从本质上讲，这是月球太空中唯一的软件测试平台。”

深空机动

加德纳说，正在测试的软件包括用于增强规划的神经网络软件，该软件可以计算自主空间站保持的最佳机动--让一个活跃的航天器与另一个飞行器保持在同一轨道上--还可以验证使用电力或化学推进的卫星的安全和可预测的机动。

还有一个SigmaZero软件包，可以识别航天器行为中的异常情况，确定导致错误的原因，并对异常数据进行分类，以便操作员能够做出明智的航向修正决定。

此外，飞行动力学系统正在评估为深空和环月任务提供快速周转导航和机动规划的能力。

加德纳说：“我们正在单独测试每个软件系统，然后作为一个整体来观察航天器的反应。”

加德纳说，这三种算法的综合能力将是一个名为Autopilot的集成套件。

“通过测试机动计划、飞行板操作和地月自主性，”加德纳补充说，“我们最终将得到一艘知道现在在哪里、几点了、如何正确机动以及如何完整地验证机动的航天器。”

从月球轨道上得到的教训

与此同时，NASA Gateway团队正在接受来自高级空间的关于NRHO操作经验的简报。

加德纳说，对于在深空运行的小型航天器来说，有几个关键的收获。首先，供应商需要确保他们在初步设计审查之前很好地理解了系统要求。

加德纳建议说：“商业现成产品往往并不像广告中宣传的那样开发出来。”清楚地了解您的系统将如何与地面系统交互--例如，深空网络。接入这些设备并不像宣传的那么简单，“他说。

加德纳说，另一个教训是留出额外的时间来获得适当的监管批准，这往往需要比预期多得多的时间和资源。

获得其他批准也会影响航天器的运营，例如获得使用某些无线电频率的许可，或者解决行星保护和轨道碎片问题。此外，还有发射的射程安全要求，以及如果有效载荷从海外供应商向太空发送时的出口控制。

最后，“仔细阅读你的遥测，根据你收到的数据来确定发生了什么，”加德纳说。

加德纳说，最终，顶石和地面支持团队渴望继续利用航天器，在其剩余任务中支持和展示独特的环月环境中的各种任务。