在這個十年結束之前，NASA将自阿波羅時代以來首次将宇航員送上月球。作為阿耳特彌斯（Artemis）計劃的一部分，美國宇航局還計劃建立基礎設施，以實現“持續的月球探索計劃”。其中一個關鍵部分就是“月球門戶”（Lunar Gateway），這是一個軌道空間站，将為定期往返月球表面提供便利。除了作為往返地球的飛船的停靠點，空間站還将允許執行前往火星的長期任務。

“月球門戶”（Lunar Gateway）将擁有軌道力學中所謂的“近直線 halo 軌道”（NRHO），這意味着它将從一極到另一極圍繞着月球運行。為了測試該軌道的長期穩定性，NASA 将在 5月底之前将“Cislunar 自主定位系統技術操作和導航實驗 (CAPSTONE)” 發送到月球。這個為期9個月的“立方體衛星（CubeSat）”任務将是第一個測試該軌道，并展示其對“月球門戶”有好處的航天器。

“CAPSTONE” 是位于科羅拉多州威斯敏斯特的先進空間公司擁有和運營的一顆12單元立方體衛星，它是一項技術演示，将測試光暈（halo）軌道和幾個關鍵系統的穩定性。該任務計劃于5月31日（最早）發射，屆時火箭實驗室光子宇宙飛船将發射“CAPSTONE”号，開始為期四個月的月球之旅。經過一系列的“清理”操作，将航天器插入其軌道後，“CAPSTONE”将在月球上運行至少6個月，僅偶爾啟動推進器以維持其軌道。

上圖：月球軌道上的 CAPSTONE 任務的動畫。

這個軌道将把“CAPSTONE”帶到從月球的一個極點到另一個極點的路徑上，沿着一個恒定的橢圓形軌道圍繞月球運行。它将花費近一周的時間來完成，屆時立方體衛星将在月球南極附近運行得最慢，而南極将是它離月球表面最遠的地方（76000公裡）。當它到達北極上空時，立方體衛星将達到其最高速度，并在 3400 公裡處最接近月球表面。

NASA艾姆斯研究中心小型航天器技術項目副經理埃爾伍德·阿加西德（Elwood Agasid）在NASA的新聞發布會上解釋道：

“CAPSTONE 将得到精确控制和維護，并将極大地受益于其近乎直線光暈軌道的近乎穩定的物理特性。 燃燒的時間是為了給航天器額外的動力，因為它自然會産生動力 —— 這比更圓形的軌道需要的燃料要少得多。”

“這個軌道還有一個額外的好處，它允許月球門戶與未來在月球表面，以及返回地球的Artemis任務進行最佳通信。 這可以為未來的月球科學和探索工作開啟新的機遇。”

這些測試将驗證維持 NASA 模型預測的軌道所需的動力和推進力，減少後勤方面的不确定性。在其多個軌道上，CAPSTONE 将證明一個創新的“航天器對航天器”導航系統的可靠性。該系統将在不依賴地面站的情況下，測量 CAPSTONE 立方衛星相對于美國宇航局的月球勘測軌道飛行器（LRO）的位置。LRO 自2009年以來一直在月球軌道上運行。

上圖：在這幅插圖中，美國宇航局的獵戶座宇宙飛船在月球軌道上接近月球門戶空間站。

為了測試這個系統，CAPSTONE 将攜帶第二個專用有效載荷飛行計算機和無線電，它将執行計算，以确定立方體衛星在其軌道路徑中的位置。通過與 LRO 的交聯，獲得的數據将用于測量兩顆衛星之間的距離以及距離變化的速度。這種點對點信息共享，将允許任務控制人員評估 CAPSTONE 的自主導航軟件，并實時确定立方體衛星的位置。

通過對這個被稱為“地月面自主定位系統”（CAPS）的軟件的驗證，美國宇航局未來的任務将能夠在不依賴地球跟蹤系統的情況下，确定航天器的位置。這還帶來了一個額外的好處，即釋放地面天線的帶寬，允許任務控制人員在相對常規的跟蹤過程中傳輸科學數據。

NASA的工程師們還預計，“近直線 halo 軌道”（NRHO）将允許他們能夠在繞月軌道上駐留更大的航天器約 15 年。這包括月球門戶本身和将與之對接加油，或進行下一段旅程的宇宙飛船 —— 即獵戶座宇宙飛船和深空運輸（DST）。這對美國宇航局的“從月球到火星”任務架構至關重要，該任務将包括在本世紀30年代早期向這顆紅色星球發送載人任務。

其他商業合作夥伴包括，位于加州的 Tyvak 納米衛星系統公司（人類軌道公司的子公司），該公司建造了CubeSat平台，以及提供 CAPSTONE 推進系統的恒星探索公司。CAPSTONE項目由NASA的小型航天器技術（SST）計劃管理，由NASA的先進探索系統（AES）資助，并通過NASA的小型企業創新研究（SBIR）計劃進行開發。

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