阿尔特米斯1号立方体卫星：搭美国宇航局顺车到月球的10颗微型卫星

By Robert Lea 

2022/8/25

Science & Astronomy

阿尔特米斯1号使命将把10个革命性的立方体卫星发射进太空。

叫立方体卫星的卫小型星为它们即将在阿尔特米斯I使命发射在佛罗里达州美国宇航局肯尼迪航天中心的阿尔特米斯一号猎户座级适配器内。 (Image credit: NASA/Cory Huston)

作为定于2022年8月29日发射的阿尔特米斯1使命的部分，太空发射系统（SLS）-----从来建造的最强大的火箭------比以前任何打算携带宇航员的人造飞行器即将进一步将猎户座航天器弹射进太空。

该使命将在未来的阿尔特米斯使命将人类发送到月球及更远的地方之前进行一次测试服务，在此过程中提供如第一位在月球表面行走的女性和有色人种的里程碑，以及第一位踏上火星的人类。

然而，不是每一个关于阿尔特米斯1号使命的一切都是为了打破记录。太空发射系统还将携带一个次有效载荷，一系列鞋盒大小的随它朝向月球旅行将抛弃的卫星。虽然太空发射系统可以容纳17个这些小型科学实验，但阿尔特米斯1有效载荷将包容有10个单元。

虽然体积小，但不要低估这些小立方体卫星对科学的大影响。他们将收集帮助指导未来项目的结果，保护我们的先驱宇航员并帮助监控我们的世界。

立方体卫星和它们的使命

立方体卫星是一种纳米卫星，一种小型化航天器，对天基科学、探索、工程支持、地球观测和中继通信有巨大潜力。

立方体卫星以它们的效率、低成本以及与更大有效载荷的兼容性著称。虽然它们通常被限制在2.2至22磅（1至10千克）质量之间，但立方体卫星通常按“单位”（U）测量和分类，每个单位代表每边10厘米（3.93英寸）的立方体。

阿尔特米斯1使命上的大多数立方体卫星大小为6个单位，将六个这些单元串联在一起造成尺寸约为7.8英寸x 3.93英寸x 13.4英寸（20厘米×10厘米×34.05厘米）。

月球冰立方

一幅月球冰立方的插图。. (Image credit: Morehead State University)

     阿尔特米斯使命的关键目标之一是在月球上和围绕月球的太空中建立一个基础设施，允许更长的太空使命。这一雄心的关键口号是“可持续性”。

由毛海德州立大学与美国宇航局的戈达德太空飞行中心和布色克公司合作开发月球冰立方 6U立方体卫星可以帮助取得这一目标。

该立方体卫星将用复杂的仪器来“嗅出”月球上和月球表面上方的水和其他资源，这可能有助于我们的宇航员在未来的使命。就地资源减少需要携带到太空的原材料数量，使使命更具成本效益。

月球上的水甚至可以被用来生产火箭燃料，用于返回地球或冒险进一步进入太阳系。

冰立方的重量仅为31磅（14千克），将被一个离子推进系统推动有一个七小时绕月球的轨道。在这个轨道中为保护它的仪器免受太阳辐射，一个小的“车库门”滑开允许刚好在每一个轨道中月球表面一个小时的观测。

月球水主要以冰的形式存在，月球冰立方携带一个叫宽带红外紧凑型高分辨率探索光谱仪（BIRCHES）的美国宇航局仪器，能研究这种水在月球上的分布。

宽带红外紧凑型高分辨率探索光谱仪能够探测月球稀薄大气层（外逸层）中的水。这可以帮助我们更好了解月球上的风化层------类似于地球上的土壤------怎样吸收和释放水。

这将帮助映射月球正在经历的变化，美国宇航局说这对月球持续存在是关键。

月球映射

月球极地氢映射仪 (LunaH-Map) (Image credit: Arizona State University)

其他几艘阿尔特米密斯1立方体卫星将加入冰立方，担负一个仔细观察月球。

由亚利桑那州立大学的研究人员和学生设计的月球极地氢映射仪（LunaH-Map）将调查月球阴影区域中的氢丰度。

这将包括在一个大约6英里（约10公里）的空间尺度上创建一个氢映射，并评估这种元素锁定在深阴影月球陨石坑中的水冰中的数量。

也是一个6U立方体卫星，月球氢映射的科学使命将持续60天，这个小型航天器在低空做出月球的141个高度椭圆轨道，这将把它带到离月球表面3至6英里（4.8至9.6公里）。这个轨道将以沙克尔顿陨石坑为中心，一个位于月球南极的撞击坑。

月球氢映射的主要仪器是一个中子探测器，它用一种Cs2YLiCl6（CLYC）来检测中子------通常与质子锁定在原子核中------并评估是否它们已经与氢元素相互作用。

美国宇航局说在它的为期两个月的操作中，月球氢映射将映射月球整个南极的氢含量，以及测量月球表面以下一米处大量氢含量。

月红外

月红外立方体卫星的渲染。Image credit: Lockeed Martin)

洛克希德·马丁公司的6U立方体卫星月红外------以前称为天火（SkyFire）------也将做出月球飞越映射它的表面。

月红外将从欧洲航天局（ESA）提供的临时低温推进级（ICPS）部署，并包含将捕获月球表面图像帮助来特征化它的组成结构及其它怎样与太空相互作用方式的技术，

这些数据可以帮助选择未来月球使命的着陆点，并有助于评估宇航员冒险前往月球表面停留更长时间的潜在风险。

    在飞越之后，月红外将执行机动和操作，这也可能帮助设计未来的太空使命，包括载人的和机器人。

奥茅台纳西

奥贸态纳西

日本月球着陆器热情好客（OMOTENASHI）在月球表面上方的渲染图。Image credit: JAXA)

由纳米半硬撞击器（OMOTENASHI）立方体卫星展示的杰出月球探测技术着手来证明月球着陆器能以各种尺寸和成本而来。

日本航空航天勘探局（JAXA）创造了6U立方体卫星，总重27.7磅（12.6千克），将甩出一个2.2磅（1千克）的纳米着陆器，被一个重达13.2磅（6千克）的一次性固体火箭发动机提供动力，纳米着陆器将下降到月球表面。 

在撞击前不久，纳米着陆器将以每秒约98英尺（每秒30米）的速度旅行并将抛弃出售的火箭，然后随它着陆部署一个双叶安全气囊来缓冲它。

一旦在月球上，OMOTENASHI------其名字在日语中意为“热情好客”------将使用加速度计测量月球表面辐射并调查土壤力学。

这些设备通过使用一种质量中的变化来“挤压”一种压电材料并创造与材料体验的力成比例的电荷来测量振动或加速度。

 

 

 

近地小行星侦察兵

艺术家的近地小行星侦察兵立方体卫星驶过一颗小行星的描绘。. (Image credit: NASA/JPL-Caltech)

    月球并不是阿尔特米斯1立方体卫星将要调查的围绕地球的唯一天体。

近地小行星（NEAs）将是由近地小行星侦察兵做出的观测的目标，近地小行星侦察兵是一个机器人侦察使命，来从小行星飞越并返回数据。

近地小行星侦察兵将在太空发射系统已经发射猎户座飞船朝向月球后部署，开始为期两年的将6U大小的立方体卫星到一个目标小行星的旅程。

该使命的一个关键要素将是一个太阳帆------一种薄而轻的材料，它使用来自太阳的光子及它们的动量来推动小型飞船。

尽管从一个鞋盒大小的立方体卫星展开展开的帆的尺寸达到925平方英尺（86平方米）并由四个24英尺（7.3米）的金属吊杆支撑。需要这种大表面积来捕获大量光子，每个光子只赋予一个微小量的推力。

一旦它到达距离目标一个约25000至31000英里（约40000-50000公里）之间的距离，它将识别这颗小行星。在一个距离小行星62至75英里（100至120公里）的距离上，近地小行星侦察兵将用它的相机近地小行星相机------一种2000万像素阵列尺寸为3840 x 3840像素的CMOS图像传感器来捕获图像以发送回地球。

美国宇航局说这将帮助确定小行星的属性如它在太空中的位置、形状和旋转，以及测量它周围的尘埃和碎片场。这一信息可能证明对今后旨在登陆近地小行星的使命有用。

月球-地球点6U航天器

月球-地球点6U航天器或EQUULEUS的插图. (Image credit: JAXA/University of Tokyo)

月球-地球点6U航天器（EQUULEUS）也是日本航空航天勘查局在东京大学协助下为阿尔特米斯1创建的立方体卫星。它的目的是了解地球周围空间环境中的辐射。

月球-地球点6U航天器将使用低能轨迹控制技术，包括一个有低推力的水推进系统，该系统使用非常少的推进剂流体让飞船坐在地球和月球之间的轨道中。

从这里，这个立方体卫星将观察地球的等离子体层，这是磁层的内部区域，由冷等离子体组成 ------它之中的气体原子已经被剥离电子。

除了帮助我们更好地了解地月地区中的低能轨迹控制技术和月球飞越外，月球-地球点6U航天器可以提供重要信息，帮助在长期太空使命中保护电子设备和宇航员。

生物哨兵

生物哨兵卫星随它进入一个月球飞越轨道进入一个日心轨道的插图。( (Image credit: NASA/Daniel Rutter)

另一个阿尔特米斯 1立方体卫星也准备好来收集可能潜在的保护宇航员免受辐射的信息。

生物哨兵是一个将允许位于加利福尼亚州硅谷的NASA艾姆斯研究中心的科学家来更好地了解在太空中辐射对生物的影响的项目。

该使命使用面包师和酿酒师熟悉的酵母作为一种“菌生物”来了解高能辐射怎样能造成DNA中的断裂------DNA携带包括人类在内的所有生物体细胞中的基因信息。

之所以选择酵母是因为研究人员不仅非常了解它，而且它的DNA中的破坏被修复的方式与人类中发生过程的方式相似。

一旦生物哨兵位于地球磁层之外，两种酵母酿酒酵母菌株------其中一种比另一种更好地修复DNA破坏------ 将被触发生长，这帮助保护我们免受恶劣的太阳辐射。

重约30磅（13公斤）的6U立方体卫星将执行它的使命约18个月，并将在它绕太阳公转的途中飞越月球。该项目代表40年来首次将生物体送入深空。

 

太阳粒子

用于研究太阳粒子 （CuSP） 的立方体卫星的插图。 (Image credit: NASA)

来研究太阳粒子（CuSP）的立方体卫星也将在它被在地球大气层执行后环绕太阳行。

太阳粒子的角色将是研究来自恒星、太阳风和太阳事件的辐射，这些辐射能对地球及其周围有影响，例如干扰无线电通信、损坏卫星电子设备甚至破坏我们的电网。

6U立方体卫星携带三种仪器，能在它到达地球撞击它的磁层并潜在的引发一个有害的地磁风暴之前测量这种“太空天气”。

 超热离子光谱仪（SIS）探测和分类低能太阳高能粒子，而小型化电子和质子望远镜（MERiT）计数高能太阳粒子，矢量氦磁力计（VHM）监测磁场的强度和方向。

这三台太阳粒子仪器将共同允许科学家来跟踪太阳和地球之间的空间环境怎样变化以及这些变化怎样影响我们的星球。太阳粒子还为研究人员提供一种测试空间监测立方体卫星网络怎样运作的方法，揭示众多空间天气监测立方体卫星的潜力。

 

迈尔斯团队

迈尔斯团队在佛罗里达州美国宇航局肯尼迪航天中心的一个洁净室工作，准备他们的立方体卫星在阿尔特米斯 1使命中发射。(Image credit: NASA)

立方体卫星迈尔斯团队有过最有趣的来发射阿尔特米斯 1的所有次有效载荷发射台的旅程之一，它的发射后的旅程应该证明同样令人兴奋。

该项目在它的在迈尔斯空间和流体&究因公司的公民科学家设计师进入了美国宇航局的立方体寻求挑战后被选中与猎户座和太空发射系统合作。

迈尔斯团队将用创新的等离子体碘推进器------ 利用低频电磁波作为推进力------在一个从地球朝向火星的约3700万英里（6000万公里）轨道上旅行，团队负责人魏思磊法乐将其描述为一个“拖曳竞速到月球”。

与以前任何这种小尺寸的飞行器相比旅行进一步远，由一个复杂的机载计算机系统飞行的6U大小的立方体卫星将测试与地球进行无线电通信的软件。

阿高月球

在月球轨道上阿高月球（ArgoMoon）的插图。. (Image credit: Argotec)

阿高月球是一个由意大利航天局（ASI）设计的6U立方体卫星，并被欧空局选中与阿尔特米斯 1一起飞行。从临时低温推进级部署后，它将变成第一批离开地球轨道的欧洲立方体卫星之一。

阿高月球不仅将展示由低温推进级执行操作的能力，而且还将随它将猎户座送向月球以及发射其他立方体卫星次有效载荷从级收集数据。

    低温推进级将随它履行这些职责记录低温推进级图像意味着它对阿尔特米斯1的贡献可以帮助定义太空探索史上最重要的使命之一的历史，以及人类进入宇宙的下一步。

附加资源

没有空间发射系统（Space Launch System (SLS) ）阿尔特米斯使命是不可能的 ,人类设计的最强大的火箭。  

猎户座飞船（Orion spacecraft）将比任何其人类打算的飞行器更深入太空。

书目

"Artemis(opens in new tab)." NASA (2022).

"Artemis 1: About the CubeSat Payload(opens in new tab)." Space Center Houston (2021).

"Lunar IceCube Mission(opens in new tab) to Locate, Study Resources Needed for Sustained Presence on Moon." NASA (2019). 

"LunaH-Map: University-Built CubeSat to Map Water-Ice on the Moon(opens in new tab)." NASA (2016).
"LunaH-map(opens in new tab)." Arizona State University (2022). 

"NASA Selects Lockheed Martin's LunIR CubeSat for Artemis 1(opens in new tab) Secondary Payload." NASA (2016). 

"EQUULEUS and OMOTENASHI." eoPortal (2022).
"NEA Scout(opens in new tab)." NASA (2022). 

"What is BioSentinel(opens in new tab)?" NASA (2022)

"What is a CubeSat and other Picosatellites(opens in new tab)?" Nanosats Database (2022).

"ArgoMoon(opens in new tab)."  eoPortal (2022).