近日，英国国家物理研究院（NPL）正在与欧洲航天局（ESA）的导航创新支持计划（NAVISP）和英国航天局（UKSA）合作开发下一代定位、导航和授时（PNT）技术。
天基PNT技术是国家基础设施的重要组成部分，是我们日常生活的基础，从通信和运输系统到计算机网络。然而，现在认识到需要提高未来PNT系统的鲁棒性，以在与来自全球导航卫星主时钟的时钟信号的连续同步丢失的延长时间段内保持和提高授时精度。这种信号拒绝可能是由于太空天气、系统故障或敌对行动。
一种解决方案是开发具有低尺寸、低重量和低功率的坚固便携式光学时钟（SWAP），其具有比微波系统更好的精度。空间可展开立方体光腔技术是实现这一目标的关键组成部分。
目前，全球导航卫星上的原子钟使用微波辐射锁定特定稳定的原子微波吸收参考频率。在过去的十年里，激光在高得多的频率下询问并锁定光学原子吸收的光学原子钟已经证明大大降低了微波钟的不确定性。光学时钟中的激光器需要精确的频率控制，对于“时钟激光器”，还需要额外的预稳定以实现超窄线宽。NPL的立方体光学腔充当紧凑的光电时钟控制单元，并保持时钟激光器和光学时钟操作所需的所有辅助激光器的频率稳定。
通过该项目，由英国航天局根据欧空局的NAVISP计划提供支持，NPL将增强其当前的立方腔技术，以创建一个低SWAP时钟控制单元（LS-CCU），专门用于PNT技术的下一代光学时钟。该装置的设计将能够承受太空飞行的严酷考验，并将在模拟太空中遇到的典型条件下进行初步的实验室测试。
虽然这项活动的重点是PNT的低尺寸、重量和功率光学时钟技术，但美国国家航空航天局和欧空局等多个航天机构正在考虑立方腔稳定激光器在太空中的一系列其他潜在应用，从电信到气候变化和基础物理。
在定于20世纪20年代末发射的美国国家航空航天局/欧空局下一代重力任务（NGGM）中，NPL立方腔稳定激光器可用于测量地球重力场，作为地球表面位置的函数。该任务将由两颗以低地球轨道绕地球运行的卫星组成，相距约100公里。使用激光干涉测量法测量的卫星之间距离的变化反映了第一颗卫星经过时由于陆地质量拓扑结构而导致的大地水准面（标称海平面）的变化。所收集的数据可用于气候变化预测，并提供信息，使决策者能够采取适当的缓解和适应战略。
在未来的美国国家航空航天局/欧空局激光干涉仪空间天线任务中，NPL立方腔稳定激光器可作为天基引力波测量的参考。立方体空腔可以为地面支援设备和潜在的太空部署提供短期频率参考。
NGGM和LISA之外的潜在后续任务可能涉及全空间光学时钟技术，以提供更大的地球数据测绘能力和基础物理研究机会。全球电信业也有潜在的衍生产品，涉及大容量（大数据）高数据率传输，其中高精度空间光学时钟和腔可以支撑更密集的信道复用。
一旦项目完成，LS-CCU将为光学时钟激光器提供基线便携式控制器。
