- LightHOUSE 提供可靠的月地間導航和通信服務。
- 該系統可減少對 NASA 深空網絡的需求。
- 激光信標能夠保持與月球背面太空船的連接。
- 團隊正致力於改進 LightHOUSE 的架構和功能。
麻省理工學院林肯實驗室提議了一個基於激光的衞星星座，旨在月地間空間提供可靠且隨時可用的導航和通信服務。該概念名為 LightHOUSE（Light High-Orbit Utility Signal Emitter），於 7 月 24 日由實驗室的激光通信組和先進能力及技術組發佈。月地間空間並沒有類似 GPS 的系統，太空船在地球與月球之間的航行依賴於 NASA 的深空網絡（DSN）。
雖然 DSN 精確，但其覆蓋範圍有限，所有 DSN 站點均位於地球上，與月地間的尺度相比，其角度分離度較小，精確的軌道確定可能需要數小時。該網絡一次僅能支持少數幾個任務，與 GPS 不同，DSN 還要求每個用户太空船主動傳輸信號以便進行測量。
LightHOUSE 的技術優勢
LightHOUSE 將在距離地球約一百萬英里（約 1,609,344 公里）的高空軌道上部署一小組衞星，這遠超過 22,236 英里的靜止帶。該系統能夠重現 GPS 衞星為地球用户提供的廣泛角度多樣性。這些信標通過激光鏈接與用户太空船交換時間和通信信號，並對恆星背景進行成像，以估算每個太空船的三維位置和速度。結果是及時且獨立的導航數據，減少了修正機動的需求，節省了推進劑，並減輕了對 DSN 的需求。
激光通信組的技術成員亞倫·格林伯格表示：「月球正重新成為國家安全的戰略優先事項。幾乎所有的太空任務都需要某種程度的精確導航和計時，但在這一領域並不存在全球定位系統。LightHOUSE 旨在填補這一空白。」該設計哲學更接近 GPS，而非 DSN。技術負擔在於信標衞星，而非其所服務的太空船。信標配備有數十釐米口徑的望遠鏡和數十瓦範圍的激光發射器，用户太空船隻需配備釐米級的口徑和毫瓦級的激光。
這種不對稱性使得該系統能夠廣泛適用於多種任務，而不會造成顯著的質量或功率懲罰。
解決通信中斷問題
高軌道定位亦解決了 DSN 無法處理的問題。阿爾忒彌斯 II 在經過月球背面時經歷了 40 分鐘的通信中斷。而 LightHOUSE 信標位於足夠高的軌道上，能夠保持與月球背面太空船的視線，從而防止此類中斷。激光通信組副組長提摩西·雅納爾表示：「這一概念依賴於通過自由空間光學通信實現的協作測距能力。這一技術領域是實驗室的全球領導者，最近在阿爾忒彌斯 II 任務中取得的 O2O 成功便是明證。」
目前，該團隊正通過分析、模擬和實驗室實驗來改進 LightHOUSE。他們的近期目標是發佈一份詳細的架構，以向用户提供導航數據。長期目標是使得超越靜止軌道的導航成為各類任務的常規操作。完整系統的成本預計將達到數億美元，單個 DSN 天線的成本約為 8500 萬至 1 億美元，而 GPS 的年運營成本為 18 億美元。該概念建立在林肯實驗室在光學通信方面的先前工作之上，包括 TBIRD 和 O2O 計劃，以及為 NASA 的 PSYCHE 任務開發的成像技術。
LightHOUSE 如何提升月球任務的導航能力
隨著月球成為國家安全的戰略重點，對精確導航的需求日益增加。現有的深空網絡在月地間的定位能力有限，且無法支持多任務運作。LightHOUSE 的激光信標系統不僅能提供即時導航數據，還能解決通信中斷問題，這對於未來的太空任務至關重要。此系統的設計哲學更接近 GPS，將有助於提升月球任務的效率和安全性。