rgotec公司和(hé)噴氣推進實驗室中繼衛星可(kě)為(wèi)90☆≈•多(duō)項任務提供帶寬。

自(zì)阿波羅時(shí)代以來(lái)，月(yuè)球前所未有(yǒu)地(dì)成φ→為(wèi)許多(duō)任務的(de)目标，太空(λ§∑kōng)機(jī)構和(hé)商業(yè)實體(tǐ)都(dōu)≥≈ε£将目光(guāng)投向了(le)月(yuè)球。例如(rú)，美( ‌σměi)國(guó)國(guó)家(jiā)航空(kōng)航天局（NASA）制(z←±®¶hì)定了(le)利用(yòng)機(jī)器(qì)人(r✔‍én)訪問(wèn)月(yuè)球和(hé)•☆&•載人(rén)登月(yuè)的(de)多(d≥¶uō)項任務，還(hái)考慮在未來(lái)10年(nián₽™)裡(lǐ)聯合國(guó)際合作(zuò)者建立一(yī♦'×)個(gè)小(xiǎo)型月(yuè)球軌道(↔ dào)前哨基地(dì)。該基地(dì)稱為(wèi)月(y<↔uè)球空(kōng)間(jiān)站(zhàn)，将用(yòn> ←g)于儲存物(wù)資、接待來(lái)訪的(de)宇航₩σ員(yuán)，以及便利月(yuè)球與地(dì)球之間(jε ₩iān)的(de)通(tōng)信。

團隊所提出的(de)LCRT望遠(yuǎn)鏡可(kě)将月(yuè)球背面的(d×↑e)隕石坑轉變為(wèi)一(yī)個(gè)巨大(dà)碟形天線®÷•，以此觀察早期宇宙。由此積累的(de)大(dà)量數(γ​₩εshù)據将被發送至地(dì)球進行(xíng)分(fēn)析。

圖片:VLADIMIRVUSTYANSKY/噴氣推進實驗室/美(měi)國(g≈↔↔≠uó)國(guó)家(jiā)航空(kōng)航天局

到(dào)2030年(nián)前，共有(yǒu)90多(duō)項月(yuè)球®γ≈‌任務，月(yuè)球空(kōng)間(jiān)站(zhàn)可​γ(kě)能(néng)是(shì)其中最宏大(dà)的(de)一(yī)個(>★↓∏gè)。當然，并非所有(yǒu)計(jì)劃任務都(>✔dōu)會(huì)實現(xiàn)，但(dàn)許多(duō)任務（即使不(bù)是(shì)≥<♦"大(dà)多(duō)數(shù)）都(dōu)将以某種形式展開(kāλαγαi)。這(zhè)僅僅是(shì)個(gè)開(kā↕εi)始：我們預計(jì)，人(rén)類對(duì)月(y→¶δ♣uè)球的(de)興趣将不(bù)斷增加，最終人(rén)類将在月(↓±β☆yuè)球表面永久駐紮。

如(rú)果這(zhè)種情況成為(wèi)現(xiàn)實₹↑，月(yuè)球的(de)居民(mín)将需要(yào)與地(dì)球保持通★$'γ(tōng)信。盡管阿波羅任務時(shí)期使用(yòng)了(l≠≤∞♦e)無線電(diàn)直接與地(dì)球通(tōng)信，但(dàn)這(zhè)不(bù)适φ ✔​用(yòng)所有(yǒu)情況。例如(rú)，月(yuè)球背面✔®&₹及其兩極的(de)大(dà)部分(fēn)區(qū)域均無法直接看(kà∞€∏n)見(jiàn)地(dì)球。即使在朝向地(dì)球的(de)一(yī)面，通(tōng)信₩£'也(yě)會(huì)受到(dào)山(shān)丘和(hé)隕坑壁的(deε÷)阻礙。

實際上(shàng)，跨越數(shù)₹​十萬公裡(lǐ)空(kōng)間(jiān)進行(xíng)直接通♦βα✔(tōng)信需要(yào)一(yī)個(gè)具有(yǒu)大(dà)型天線或者™φ高(gāo)功率放(fàng)大(dà)器(qì)（或兩者兼有(yǒu)）的(de≈♥≥ε)強大(dà)通(tōng)信終端。但(dàn)目前的(de)小(xiǎo)型機© (jī)器(qì)人(rén)無法為(wèi)這(zhè)些(xiē)大(¶↑dà)型系統提供空(kōng)間(jiān)或電(diàn)源。連接月(yuè)球的(de→×)一(yī)個(gè)更佳方案是(shì)建立環繞月(yuè)÷≠球軌道(dào)的(de)中繼航天器(qì)網絡，提供無處不(bù)∑×∞↔在的(de)連續覆蓋。

意大(dà)利航空(kōng)航天公司Argotec和(hé)美λ‍∑↓(měi)國(guó)國(guó)家(jiā)航空(kōn  g)航天局的(de)噴氣推進實驗室正在合作(zuò)研發仙女(nǚ)座星座軌道(dσ' ào)中繼衛星概念。Argotec正在開(kāi)發航天器(qì)概念，本文(wéε£n)作(zuò)者之一(yī)巴洛西(xī)諾（Balossino）是(shì)該公司的(d​​γe)研發部負責人(rén)；噴氣推進實驗室正在  ↔提供無線電(diàn)和(hé)天線等子(zǐ)系統，本文(wé <n)作(zuò)者之一(yī)達瓦裡(lǐ)安（Davar‌λσian）是(shì)該公司的(de)項目經理(lǐ)。該方案包括24顆中繼≥&£ 衛星，它們組成的(de)星座将利用(yòng)4個(gè)軌道(dào)（每個(↑₽‌gè)軌道(dào)6顆衛星）。這(zhè)種配↔ 置可(kě)向兩極區(qū)域提供連續覆蓋，在其他(tā)任何地(dì)方提供近(jì →n)乎不(bù)間(jiān)斷的(de) ±連續覆蓋，隻偶爾出現(xiàn)微(wēi)σ¶≈小(xiǎo)間(jiān)斷。利用(yòng)該中繼系統，在月(yu×✘★è)球表面任何地(dì)方執行(xíng)任務時(shí)都(dōu)₹¥可(kě)與地(dì)球保持可(kě)靠、不(bù)間(jiān)斷的(d">↔γe)聯系。

所提出的(de)仙女(nǚ)座衛星星座由24顆衛星組成，平均分(fēn)布在4個(gè)不(bù ₩<)同的(de)軌道(dào)上(shàng)，以便最大±↕(dà)限度地(dì)覆蓋月(yuè)球表面。每顆衛星有(yǒu)3個(gè)不(b₹∞÷ù)同的(de)天線來(lái)建立與地(dì)球和(hé)月(yuè)< ☆球表面的(de)通(tōng)信。收起時(shí₽ β≠)，整個(gè)衛星尺寸為(wèi)44厘米 x40厘米x 37厘米

在繞月(yuè)軌道(dào)上(shàng)放(fàng)置中$∞♦≈繼衛星存在一(yī)定的(de)挑戰。首先，我們希望使用(yòng)™☆↑穩定軌道(dào)，即衛星不(bù)需要(yào)或很(hěn)少(shǎo)需要(‍±&yào)操控；第二，所選軌道(dào)必須對(duìφπ)人(rén)類或機(jī)器(qì)人(rén)可(kě)能(néng)有(yǒu)重要<€>Ω(yào)活動的(de)“熱(rè)點”區(qū)域具有(yΩ≥‌ǒu)連續或近(jìn)乎連續的(de)物(wù)理(lǐ)視(sh λ₹™ì)線；第三，在保證月(yuè)球熱(rè)點區•☆☆¥(qū)域高(gāo)可(kě)見(jiàn)度的(de)同時(shí)，我們​β↑β不(bù)想放(fàng)棄與月(yuè)表其他(tā)任何部分(fēn)的(de)連接。

月(yuè)球南(nán)極有(yǒu)可(kě)✔↔能(néng)成為(wèi)一(yī)個(gè)熱(rè)點區(qū)域，因為(wèi)隕石坑內(↔♥≤nèi)有(yǒu)冰（至少(shǎo)在某種程✘ε∏→度上(shàng)）。對(duì)于持續時(sh​≈"✘í)間(jiān)更長(cháng)的(de↔✘★)載人(rén)任務來(lái)說(shuō)，從(cóng)月(yuè₽ε™)球（而不(bù)是(shì)地(dì)球）✘€ ∏獲得(de)人(rén)類所需的(de)水(shuǐ) α資源可(kě)能(néng)會(huì)更加容易←₽<。此外(wài)，水(shuǐ)還(hái)可(k&δ₽×ě)以通(tōng)過電(diàn)解為(wèi'™↑ )火(huǒ)箭提供氫燃料。另一(yī)個(gè)潛在熱(rè)點區(qū)域是(sh>‌ì)月(yuè)球背面的(de)赤道(dào)區(qū)，将來(lái)&↔>✔有(yǒu)一(yī)天可(kě)能(néng)會(h∑←<uì)在那(nà)裡(lǐ)安裝大(dà)型射電(diàγ×σn)望遠(yuǎn)鏡。

除通(tōng)信外(wài)，宇航員(yuán)、月(yuè)球車(chē)和(hé)科ε£↓¥(kē)學儀器(qì)都(dōu)需要(yào)知(zhī)道(dào)其在月(•σ →yuè)球表面所處的(de)位置。中繼衛星可(kě)作(zuò••₽)為(wèi)一(yī)種“月(yuè)球GPS”∏δ♦‌，通(tōng)過計(jì)算(suàn)多(duō)顆衛星之間(ji σ₽ān)的(de)信号到(dào)達月(yuè)球表面某一(yī)點所需的(de)時(shí€↕)間(jiān)來(lái)進行(xíng)導航。一(yī)般而言，中繼衛星和(hé)軌★€​☆道(dào)越多(duō)越好(hǎo)。相(xiàng)應的(de)代價是(shì)發射和€αΩ(hé)運行(xíng)每一(yī)顆衛星ε 都(dōu)要(yào)花(huā)費(fèi)®♠¶∑大(dà)量金(jīn)錢(qián)。因此，中繼衛✘× 星網絡要(yào)以最少(shǎo)數(shù)量的(de)衛星提供盡可(kě)能(≥​©néng)好(hǎo)的(de)服務和(hé)覆蓋。

Argotec中繼網絡概念使用(yòng)的(de)一(yī)類穩定λ±∞軌道(dào)，被稱為(wèi)凍結軌道(dào)。穩定的(de)軌道(dào)可(kě)≈↕≈ 以使衛星更容易地(dì)在指定軌道(dào ≠)上(shàng)維持5年(nián)乃至更長(cháng)的(de)運行(xíng)時(↕∑γ₩shí)間(jiān)。建議(yì)軌道(dào∏×)為(wèi)橢圓形，運行(xíng)周&•±φ期為(wèi)12小(xiǎo)時(shí)&∞≥，傾角為(wèi)57度，與月(yuè)球表面距離(lí)的(de)最近(jìn)點為(wèi)7∏& ±20公裡(lǐ)，最遠(yuǎn)點（稱為(wèi)遠(yuǎn)心♥÷點）為(wèi)8090公裡(lǐ)。

衛星在其軌道(dào)的(de)遠(yuǎn)心✘≠Ω↕點移動最慢(màn)，在最近(jìn)點移動最快(kuài)€₹ 。因此，為(wèi)提供長(cháng)時(shí)間(jiān)通(tōng)信，我們希望軌道(♣★$dào)的(de)遠(yuǎn)心點大(dà)緻位于潛•±®在熱(rè)點區(qū)域上(shàng)方。采用(yòng)選定軌道(dào)，✔ ©∞月(yuè)球兩極在94%的(de)時(shí)間(jiān)裡(lǐ)↕'→♥都(dōu)同時(shí)有(yǒu)3顆衛星覆蓋，并且 ‌♣♦在任何給定時(shí)間(jiān)至少(shǎo)有(yǒu∑ )1顆衛星。同時(shí)，月(yuè)球赤道(λ""‌dào)上(shàng)空(kōng)在89%₩π的(de)時(shí)間(jiān)至少(≠π&shǎo)有(yǒu)1顆衛星，79%的(de)時(s§σ≈↓hí)間(jiān)同時(shí)有(yǒu)3顆衛星覆蓋♦ ​。

即使在遠(yuǎn)心點，中繼衛星距離↔λ(lí)月(yuè)球表面也(yě)不(bù)到(≈π®dào)1萬公裡(lǐ)。相(xiàng)比之下(xià)，地(d≈ ì)球到(dào)月(yuè)球的(de)距離(lí)約為(wèi)40萬公裡(lǐ)。↔σ♠即使對(duì)于地(dì)球直接視(shì)線內(nèi)的(de)用(y±‍òng)戶，上(shàng)空(kōng)的(de)中繼衛星也(yě)可(kě) ₽将通(tōng)信鏈路(lù)距離(lí)φ•λ縮短(duǎn)為(wèi)1/40。

縮短(duǎn)通(tōng)信距離(lí)意味著(zhe)月(yuè)球表面的(d©★γe)人(rén)或機(jī)器(qì)人®♥♦★(rén)在維持與地(dì)球間(jiān)的(de)低(dī)數(shù)據率鏈接時(↑∏↔•shí)，無須使用(yòng)大(dà)型的(de)通(tōng)信終端。有("↑> yǒu)了(le)中繼衛星，利用(yòng)一(yī)個(gè)小(xiǎo)型通(±≥εtōng)信終端即可(kě)将信号傳回地(dì)球。

此外(wài)，中繼衛星還(hái)意味著(zhe)位于月(yuè)球表面不(bù)同位置的(☆↓ αde)兩個(gè)人(rén)可(kě)相(xiàng)互通(tōng)話(∑☆π'huà)，且沒有(yǒu)明(míng)顯延遲。如(rú)果沒有(y±₹ǒu)中繼衛星，通(tōng)話(huà)必須往返地(dì)球，大(dà)約需要(yào)3←φ₩秒(miǎo)鐘(zhōng)。可(kě)以想象一(yī)下(₽γxià)電(diàn)話(huà)延遲3秒(miǎ₽¥‌‌o)會(huì)多(duō)麽難以接受，人(rén)們會(huì)很↑>(hěn)快(kuài)意識到(dào)•≤♠♥中繼衛星對(duì)月(yuè)球表面語音(yīn)或視(shì)頻(pín)通(tōng)信α♥♥的(de)重要(yào)性。

不(bù)同的(de)任務具有(yǒu)不(bù)同的(de)通(tōng)信需求。簡₹β☆☆單的(de)文(wén)本或語音(yīn)通(tōng)信僅需要(yào)每秒(miǎo)幾千∞λ比特的(de)帶寬，而高(gāo)清視(shì)頻(pín)和(hé)>♣ ₩射電(diàn)望遠(yuǎn)鏡則需要(yào)每秒($♦Ωmiǎo)數(shù)兆比特。考慮到(dào)計(₩α♦jì)劃的(de)月(yuè)球任務數(shù)量，中繼衛星需要(yào)同時(≠λ≠±shí)處理(lǐ)多(duō)個(gè)通(tōng)信。對(duì)于較低(dī♠→)帶寬的(de)應用(yòng)（如(rú)文(wén)本和(hé)語音(yīn)），一(yī)顆£∞¶衛星可(kě)收集彙總和(hé)中繼轉發多(duō)個(gè)數(shù) ÷​據流。另一(yī)方面，單個(gè)射電(diàn)望遠(yuǎn)ε≥$'鏡生(shēng)成的(de)高(gāo)數(shù)據量就(jiù)可(kě‍→£♥)能(néng)達到(dào)某個(gè​"←δ)衛星容量的(de)極限。

美(měi)國(guó)國(guó)家(j&&iā)航空(kōng)航天局目前正在研究兩種可(kě)部署在月(yuè)球β​δ背面的(de)射電(diàn)望遠(yuǎn)鏡。第一(yī)種為(wèi)月(yuè)α 球隕石坑射電(diàn)望遠(yuǎn)鏡（LCRT），這(zhè)是(shì)一(yī)款由噴≤↔®氣推進實驗室工(gōng)程師(shī)提出的(de)超長(cháng)波射電(diàn)望遠(₩εεyuǎn)鏡。LCRT将以低(dī)于30兆赫的(de)頻(pín)率觀測宇宙，該頻​♦(pín)率被地(dì)球電(diàn)離(lí)層阻擋。機(jī)器(‌®♥qì)人(rén)将在直徑4千米的(de)隕石坑中間(jiān)部署一(yī)個(£©≠♥gè)直徑1千米的(de)金(jīn)屬絲網，創建←σ反射式射電(diàn)望遠(yuǎn)鏡。LCRT将成為(wèi)太陽系中最大(dà)的(d♦☆e)碟形射電(diàn)望遠(yuǎn)鏡。

第二種建議(yì)的(de)望遠(yu±∏♣ǎn)鏡用(yòng)于對(duì)黑(hēi)暗(àn)時(shí)代和(h★$é)系外(wài)行(xíng)星進行(xíng)無線電(di↕€àn)科(kē)學調查的(de)背面陣列。法賽德陣列（FARSIσ÷DE）是(shì)一(yī)個(gè)低(dī)射頻(pín)幹涉陣列，通(tōn♥‍g)過多(duō)個(gè)天線觀測遙遠(yuǎn)恒星和(hé)其他(t<α☆ā)射電(diàn)源。通(tōng)過關聯多(duō)項觀察結果，FARSIDE可(kě∑✘→δ)生(shēng)成高(gāo)分(fēn)辨率源圖像并準确地(♣♦dì)确定其位置。該系統将使用(yòng)128個(gè)雙極化(huà)天線，這(zhè)些(x¶€×&iē)天線部署在直徑約10千米的(de)近 ‌Ω↔(jìn)乎圓形區(qū)域，并連接到(dào)中央處理(lǐ)±±和(hé)電(diàn)源基站(zhàn)。此外(wài)，基站(zhàn)還(★÷ ₩hái)可(kě)将所收集到(dào)的(de)數(shù)據傳輸到(dào)中繼軌道(dàλ₩o)器(qì)（如(rú)我們建議(yì)的(de)仙女(nλ≈‌ǚ)座星座）。

FARSIDE能(néng)夠每分(fēn)鐘(zhōng)對(dφγuì)整個(gè)天空(kōng)進行(xíng)一(yī)次成像，頻(≥​≈↓pín)率從(cóng)100千赫到(dào)40兆赫，這(zhè)意味著(zhe)和("•×hé)LCRT一(yī)樣，FARSIDE可(kě)延伸到(dào)比地(•'×dì)面射電(diàn)天文(wén)學可(kě)λ←φ觀測範圍更低(dī)的(de)頻(pín)段，頻>↔↓(pín)段低(dī)兩個(gè)數(shù)量級。這(zhè)兩種望遠(yuǎn)鏡都(dō♦→  u)将産生(shēng)大(dà)量需傳輸到(dà✘α₽↑o)地(dì)球的(de)數(shù)據。


上(shàng)圖:LCRT望遠(yuǎn)鏡可(kě)将月(yuè)球≠♣→背面的(de)限石坑轉變為(wèi)1公裡(lǐ)長(cháng)的(de)碟形天線。下(xià♥→±φ)圖:拟建的(de)FARSIDE望遠(y₩ ✘₽uǎn)鏡将在月(yuè)球表面直徑10千米的(de)區(qū)域←Ωγ使用(yòng)單獨的(de)天線創建一(y×♦ ī)個(gè)大(dà)型幹涉陣列。

中繼衛星接收月(yuè)球背面射電(diàn)望遠(yuǎn)鏡或月(yuè)球表₹>面任何其他(tā)設備的(de)數(shù)據後，需要(yào)将數(s &£hù)據發送到(dào)地(dì)球。在地(dì)©✘↔$球上(shàng)，需要(yào)具有(yǒu)足夠增益和∞ (hé)靈敏度的(de)大(dà)型天線，支持至少(shǎo)每秒(miǎo)100兆比π÷ ♠特的(de)鏈路(lù)。理(lǐ)想情況π≤下(xià)，每個(gè)昂貴的(de)地(→γ₹dì)面天線都(dōu)應能(néng)夠同時(sh>πí)接收來(lái)自(zì)多(duō)個(gè)中繼衛星的(de)¶ ≥信号，減少(shǎo)所需建造的(de)天線數(shù₩β•)量。

NASA深空(kōng)網絡（DSN）就(jiù)是(shì)所需地(dì)面網絡類✘ε型的(de)一(yī)個(gè)很(hěn)好(hǎo)示例。♣σ™DSN在全球範圍內(nèi)建造有(yǒu)3±×≠個(gè)天線複合基站(zhàn)，分(fēn)别位于美‌£≈÷(měi)國(guó)加州、澳大(dà)利亞和(hé)西(xī)班牙，每個(gè)站(zhàn)點£>都(dōu)具有(yǒu)若幹大(dà)型的(de)高(gāo)靈敏度天線。然而，DS↕​ βN的(de)設計(jì)旨在支持月(yuè)球以外(wài)的(de)深☆£空(kōng)探測任務，将其用(yòng)于月(yuè)球中繼系統可(kě)能(né←Ω€★ng)有(yǒu)些(xiē)大(dà)材小(xiǎo★α&)用(yòng)。此外(wài)，許多(δ ∑ duō)當前和(hé)計(jì)劃任務對(β×duì)DSN都(dōu)有(yǒu)很(hěn)高(gāo)的(deΩ♥βε)需求。因此，盡管這(zhè)可(kě)能(néng)是(shì)一(yī)個(₽∑•gè)不(bù)錯(cuò)的(de)初步選擇，但(dàn)從(cónγ÷g)長(cháng)遠(yuǎn)來(lá<← i)看(kàn)，租賃或建造商業(yè)地(dì)面站(zhàn)會↔<ε(huì)更便宜、更有(yǒu)效。

一(yī)個(gè)月(yuè)球中繼航天器(qì)要(yào)求僅為(wèi)50或60千克↓≈，從(cóng)衛星标準來(lái)看(kàn)這(zhè)屬于小(x ★iǎo)型航天器(qì)。我們開(kāi)發了(le)δ✘→§一(yī)個(gè)概念衛星，當太陽能(néng)電(diàn)池闆和(h≈™σ≈é)天線收起時(shí)，其尺寸為(wèi)44厘米×40厘米&tε≈imes;37厘米，質量（包括推進劑）為(wèi)55千克。該系統搭載噴氣推進實驗室開→≤(kāi)發的(de)四信道(dào)無線通(tōng)信設備，其中兩個(gè)信道(dào)運行 σ(xíng)在K波段（約26千兆赫），還(hái)有φ↓♣☆(yǒu)兩個(gè)信道(dào)運行($¶xíng)在S波段（約2千兆赫）。一(yī)個(gè)K波段信道(d$∞₽ào)連接地(dì)球（衛星到(dào)地(dì)球鏈路(lù)速∏Ω≥率為(wèi)100兆比特/秒(miǎo)，地(dì$☆)球到(dào)衛星鏈路(lù)速率為(wèi)30兆α≠比特/秒(miǎo)）；其他(tā)3個(gè)信道(dào)連接月♠'β☆(yuè)球。S波段信道(dào)提供衛星到(dào)月(yuè)球表面的(de‌☆♠∑)64千比特/秒(miǎo)連接，以及月(y ÷≤ uè)球表面到(dào)衛星的(de)256千比特←¶/秒(miǎo)連接。剩餘K波段信道(dào)提供衛星到(dào)月(yuè)球的(de)16$↕→兆比特/秒(miǎo)鏈路(lù)以及月(yuè)球到(dào)衛星的(de)100兆比特/秒☆₹π(miǎo)鏈路(lù)。

我們的(de)衛星使用(yòng)K波段進行(xíng)地(dì)球-衛↑ ₽星連接，原因有(yǒu)二。首先，空(kōng)間(jiān)通(tōng)信K波段的✔∑¶(de)可(kě)用(yòng)帶寬比其他(tā)波段的(de)要(yào)多(‍÷×duō)；其次，對(duì)于同樣尺寸的(d₩<♣÷e)天線，K波段的(de)天線增益更高(gāo)。換句話(huà)說(shuō)，K波段天線ε∞ε可(kě)以更有(yǒu)效地(dì)将所ε£接收到(dào)的(de)信号轉化(huà)為(wèi)電(d™£≈iàn)功率。使用(yòng)K波段的(de)不( ®×bù)利因素在于其天氣敏感性，例如(rú)，下(xià)雨(yǔ)很(hěn)容易造成鏈>♦ 路(lù)衰減。中繼衛星需要(yào)額外(wài)的(de)功率儲備來(lái)保 ¶持鏈路(lù)穩定。

目前的(de)通(tōng)信衛星設計(jì)有(yǒu)3個(gè)天線£Ωδ：一(yī)個(gè)可(kě)轉向的(de)50厘米K波段天線，用(yòng)Ω↔于地(dì)球與衛星的(de)通(tōng)信；一(yī)個(gè)固定K波段'® λ“超表面”天線，具有(y☆♣‍ǒu)低(dī)剖面、低(dī)質量，易于以低(dī)成本制(zhì)造‌∏§，并能(néng)耐受外(wài)層空(kōn¥∞πβg)間(jiān)的(de)惡劣環境；此外(wài)還(hái)有(yǒu)一(yī)個♠γ(gè)固定S波段天線陣列。我們還(hái)在考慮一(yī)種X波段（大(dà)約7千兆赫‍←）的(de)小(xiǎo)型天線，用(yòng)于地(dì)球與衛星的(de)通(tōn↕∏×↕g)信，增加額外(wài)的(de)可(kě)靠性和(hé)冗餘。這(zhè)裡(φ lǐ)X波段是(shì)很(hěn)好(h™​ǎo)的(de)選擇，盡管數(shù)據速率較低(dī)，但(dàn)與K波段相(xiàng> )比，不(bù)易受雨(yǔ)水(shuǐ)影(yǐng)響而衰減。

我們目前正在完成航天器(qì)的(de)設計(jì)。我們打算(suàn)盡可(φ✘‌kě)能(néng)使用(yòng)市(shì)場(chǎng)有(yǒu)售的(de)硬♠☆•×件(jiàn)來(lái)降低(dī)成本。然而，我們仍然需要(yào)改進一(yī)些(xi $¶€ē)新技(jì)術(shù)，提供衛星所需的(de)性能(néng)，同時(shí)滿足質φ★±Ω量和(hé)功率的(de)要(yào)求≈∑。可(kě)3D打印的(de)超表面天線是(shì)噴氣推進實驗室為(wèi​↓↕)小(xiǎo)型衛星應用(yòng)開(kāi)發的(de)新技(jì)術∑♥♣(shù)。可(kě)使用(yòng)的(γ≤γde)2厘米發射天線，在32千兆赫時(shí)測得(de)的(de)各向同性增益超過3₹‍2分(fēn)貝。我們預計(jì)通(tōπ®ng)過最近(jìn)的(de)設計(jì)改進可(kě)将增益提高(g>₹✘āo)到(dào)34分(fēn)貝。我們還(hái)在φδπ‍研究雙頻(pín)功能(néng)，使天線能(néng)夠↔≥ε同時(shí)發射和(hé)接收信号。

此外(wài)，我們希望使用(yòng)更小(xiǎo)、更輕便的(de)¥ ​÷軟件(jiàn)定義的(de)宇宙空(kōng)間(j¶↑iān)轉發器(qì)無線通(tōng)信設備（UST-Lite）。噴氣推進實驗室已經φ×∑完成了(le)對(duì)UST-Lite原型機(jī)的(de)初步熱(rè)測試，α ↑保證無線通(tōng)信設備産生(shēng)的(d‍•™e)熱(rè)量可(kě)以消散而不(bù)會(huì)影× €(yǐng)響性能(néng)。我們進行(xí→♥÷ng)了(le)附加測試，更好(hǎo)地(dì)描述原型機☆$♦(jī)的(de)接收阈值、誤碼率、發射波形等。我們将繼續優化(huà)接收器(qì)β↑的(de)參數(shù)，開(kāi)發☆¥覆蓋K波段的(de)新模塊。（目前已經開(kāi)發了(le)S波段和(hé)X波♥♣€段模塊。）

上(shàng)圖:深空(kōng)網絡由3₩¶個(gè)天線複合基站(zhàn)構成，圖中✔σ§φ的(de)這(zhè)一(yī)個(gè)位于澳大(dà)利亞堪培拉，&Ω與整個(gè)太陽系的(de)航天器(qì)保持聯系仙女(nǚ)座星座需要(yào)一(yī)個(€≤gè)類似裝置從(cóng)月(yuè)球返回數(shù)據。Ω•下(xià)圖:軟件(jiàn)定義的(de)宇宙空(kōng)間(jiān)轉發器(¶★₩qì)無線通(tōng)信設備是(shì)更輕、更小(↔£¶ xiǎo)的(de)UST-Lite的(de)基礎。噴氣推進實驗室目£♠‌φ前正在對(duì)UST-Lite進行(xíng)測試，用(♥☆yòng)于未來(lái)的(de)航天器(qì)。

另外(wài)，我們正在著(zhe)手解決網 "£≈絡的(de)軟件(jiàn)需求。例如(rú)，對∑®​(duì)于中繼衛星和(hé)月(yuè)球用(yòng)戶之間(jiān)S和(hé)K波段δ♦的(de)通(tōng)信，目前還(hái)沒有(↑©÷yǒu)協議(yì)标準。為(wèi)此，我們已經開(kāi)始與空♥≤♣(kōng)間(jiān)數(shù)據系統咨詢委員(yuán)會(huì)<↔合作(zuò)，引入這(zhè)樣一(yī✘​)個(gè)标準。

可(kě)以這(zhè)樣理(lǐ)解，月(yuè)球通(tōng)↕€✔信設備的(de)目标是(shì)在整個(gè)月(y✘∏™uè)球打造類似5G的(de)能(néng)力。這(" zhè)意味著(zhe)要(yào)盡可(kě)能(nénπ≠✘g)利用(yòng)5G技(jì)術(shù)，例如(rú)在月(δσαyuè)球上(shàng)安裝蜂窩基站(zhà ¶λ≥n)，以對(duì)中繼裝置進行(xín↓₩ g)補充。此方法可(kě)以将許多(duō)其他(tā)類型的(de)設備連接 εΩ到(dào)月(yuè)球網絡，例如(rú)，低(dī)功率物(wù)聯網傳感器(qì)網絡和(hλΩ‍é)自(zì)動駕駛汽車(chē)。

我們的(de)通(tōng)信網絡隻是(shì)第一(yī)步。在更遠β&(yuǎn)的(de)未來(lái)，人(rén)類在&π≈月(yuè)球上(shàng)将能(néng)夠随意收發文(wén)本信息、撥打電(d♥ ®iàn)話(huà)和(hé)傳輸數(s®"hù)據。同樣，機(jī)器(qì)人(rén£↔♣↔)和(hé)傳感器(qì)也(yě)會(huì)像α<×地(dì)球上(shàng)的(de)物(wù)聯網設備一(yī)樣進行(xíng)無線♥₽§ 連接。機(jī)器(qì)人(rén)可(kěλ‍₹)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制(zhì)，傳感器(qì★×®≤)可(kě)自(zì)動上(shàng)傳測量數(shù)據。

這(zhè)樣的(de)月(yuè)球通(tōng)信願景可(kě)能(né↕÷βγng)需要(yào)經過幾代月(yuè)球通(tōng)信網絡才能✘™"(néng)實現(xiàn)。但(dàn)我們堅信，人(rén)類終有(yǒu)一(yī★♥£↔)天将在月(yuè)球定居，在穩健的(de)無線環境中從(cóng)事(shì)科(kē∞©★)學、技(jì)術(shù)和(hé)商業(yè)活動。

作(zuò)者：Alessandro Balossino、Faramaz Davarian