几年之内，如果一切顺利，美国宇航员将乘坐“猎户座”（Orion）飞船前往月球，这是一艘重达 8.5 吨、可容纳一个大房间的栖息舱。但在尺寸光谱的另一端——尽管如此，在许多方面，对于月球探索目标而言，其重要性不亚于前者——有一艘航天器，它可以整齐地放在办公桌上。
这艘飞行器名为“月球自给定位系统技术运行与导航实验”（Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment），简称 CAPSTONE。它将于 6 月下旬发射奔向月球，可能成为同类中的第一颗月球卫星。它将进行一次试运行，未来更光鲜的月球任务计划紧随其后。CAPSTONE 可能会帮助 NASA 建立一个通信中心，在不久的将来，该中心将环绕月球运行。
立方体卫星的联盟
尽管体积不大，CAPSTONE 却因几个原因而引人注目，其中许多与该卫星的类别有关：立方体卫星（CubeSat）。
立方体卫星，顾名思义，是立方体的：最常见的标准型号 边长约为 4 英寸，重量不超过 4.5 磅。你可以用手拿着它；你甚至可以用手组装一个，因为大多数都使用现成的组件。你可以将它们堆叠成更大的卫星。CAPSTONE 结合了 12 个立方体卫星，尚未达到目前最大的（使用了 16 个）。
从 1998 年到 2022 年 6 月初，已有 1,862 颗立方体卫星 发射升空——到 2028 年，这个数字将翻倍。立方体卫星成本低廉，使得业余爱好者、大学团队、新兴初创公司、小型发展中国家以及其他缺乏 SpaceX 或世界大型航天机构资源能力的实体都能负担得起。
但立方体卫星的低成本也使其成为其他任务的有吸引力的选择。2019 年，NASA 聘请 了私营公司 Advanced Space 来建造 CAPSTONE，耗资 1370 万美元。（相比之下，即使是最基本的月球探测器，成本也可能要高出一个数量级。）Advanced Space 选择使用立方体卫星来廉价快速地将探测器送入太空。
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绝大多数立方体卫星都驻留在地球轨道。只有少数几颗已经超越了这一点。2018 年，两颗抵达了火星，随同 NASA 的“洞察号”（InSight）火星任务一起。目前还没有任何立方体卫星到达 CAPSTONE 的目的地——月球轨道。
“到目前为止，还没有月球立方体卫星，”亚利桑那大学的工程师 Jekan Thanga 说，他并未参与 CAPSTONE 项目。“实际上，CAPSTONE 在这方面将是第一个。”
其他立方体卫星 正在随同 Artemis 1 无人测试飞行任务一同发射。根据它们的发射时间——目前计划不早于 8 月——它们可能比 CAPSTONE 更早到达月球。
CAPSTONE 的两项任务
CAPSTONE 将从新西兰的马希亚半岛发射，使用由私营航天公司 Rocket Lab 建造的 Electron 火箭，该公司主要将小型卫星送入地球轨道。CAPSTONE 将是 Electron 首次尝试抵达月球。“这也是一个先例，”Thanga 说。
11 月初，经过 3.5 个月的航行，CAPSTONE 将进入一个被称为近乎直角晕轨道（Near-Rectilinear Halo Orbit, NRHO）的奇特细长环绕月球的轨道。该轨道在月球一极上方 1,000 英里到另一极上方 43,500 英里之间摆动。进入 NRHO 不仅仅是一个有趣的细节。CAPSTONE 将为未来的 月球门户（Lunar Gateway）测试这个轨道，月球门户是一个作为 Artemis 计划一部分的月球轨道空间站。
“数学计算方面没有真正的疑问，”Cheetham 说，但 CAPSTONE 将为航天器操作人员提供进入该轨道的实践机会。
在绕月轨道运行时，CAPSTONE 还会尝试做另一件事：在不联系地球地面控制的情况下与另一艘航天器通信。CAPSTONE 的车载计算机将尝试与月球勘测轨道飞行器（Lunar Reconnaissance Orbiter）连接，这是一艘早期的 NASA 航天器，自 2009 年以来一直在绘制月球表面地图，并计算两艘航天器的位置。当从地球到月球的通信（即使以光速）需要超过 1 秒时，能够与本地卫星进行通信是一项有用的能力。
Thanga 说，未来的立方体卫星可能会使这种能力更加持久。例如，它将能够更容易地与目前无法从地球通信的月球背面进行通信。当中国的嫦娥四号探测器去年着陆在月球背面时，它 需要 另一颗卫星来中继与地球之间的信息。
相互通信的月球卫星可以更轻松地避免碰撞，并且不必为它们的每项需求都呼叫地球地面控制。“我们希望做的是优先考虑地面联系，”Cheetham 说，用传输重要的运行数据来取代例行的位置检查。
通信至关重要
全世界的目光可能会集中在载人 Artemis 飞行任务上——无论它们何时真正升空，其中第一个 定于 2024 年。但像 CAPSTONE 这样的低成本任务对于为这些宇航员奠定基础（或者说太空基础）是必不可少的。
更多月球任务正在规划中，最早可能在今年年底发射。NASA 已选定 几家公司建造一支月球着陆器舰队——配备用于测量地下水、月球表面成分和磁场强度等科学实验——以测试未来月球居住的前景。
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随着越来越多的 Artemis 飞行任务和宇航员抵达月球，他们将依赖月球门户等基础设施，月球门户将充当通信中心和地面宇航员的运送枢纽。该计划 面临批评——一些评论员认为通过月球门户进行月球着陆将使任务需要更多能量和更昂贵的燃料。
但月球门户仅仅是开始。Artemis 项目背后的航天机构及其合作伙伴正在规划从 月球采矿 到 月球卫星导航 再到 月球核电站 的一切。
“感觉月球的交通会更加繁忙，”Thanga 说，“这就需要更多的基础设施，包括像月球门户这样的系统。”
更正（2022 年 6 月 24 日）： CAPSTONE 的发射地点已从切萨皮克湾更改为新西兰马希亚。此外，Electron 火箭的制造商名为 Rocket Lab，而不是 Rocket Labs。
