2024年8月,“探路者技术演示器4”(Pathfinder Technology Demonstrator-4, PTD-4)由猎鹰9号火箭发射入轨,其中所携带的关键载荷LISA-T(Lightweight Integrated Solar Array and Antenna-Technology)“超轻量太阳能阵列与天线集成系统”近期成功进行了在轨技术演示。LISA-T是由NASA MARSHALL SPACE FLIGHT CENTER开发的一款高功率、高收纳比可展开式太阳能阵列,并集成了天线阵列(其中嵌入了薄膜光伏元件和天线元件)。LISA-T的设计功率可由原先数十瓦扩展至100至500瓦,并有选项可扩展至1000瓦甚至更高,与当前性能最优的厚膜太阳能阵列相比,其每单位质量体积所能提供的电力提高了300%,并且还可以同时满足通信需求。对于大多数航天器来说,空间飞行中最大的挑战之一就是电力问题。电力供应不足限制了航天器远离太阳的操作范围(可用于安装太阳能电池的表面积有限)、远离地球的操作范围(天线尺寸较小限制了通信带宽)以及科学研究的深度(电力有限仅能为有限数量的仪器供电)。特别是微小卫星在表面积、体积和质量分配方面本身就受到限制,这导致它们对电力的需求,对与地球进行稳健通信的需求,以及它们所搭载的科学/工程有效载荷的需求之间存在竞争。LISA-T的目标正式解决上述问题。它能够从较小的体积和质量包络中展开大面积阵列,从而极大地增强了小型航天器和立方体卫星的电力生成和通信能力。传统上立方体卫星通常只能产生7瓦至50瓦的电力,而LISA-T能够产生的电力范围可达到500瓦乃至1000瓦。同时LISA-T在开发过程中还探索了平面(定向)阵列设计和全向(非定向)阵列设计。前者追求尽可能高的性能,而后者则追求制导、导航与控制(GN&C)的简洁性。在这两种情况下,电力生成范围从几十瓦到几百瓦不等,预期的比功率大于每千克250瓦,功率密度大于每立方米20万千瓦(收拢状态下)。并且UHF波段和S波段天线也被集成到阵列中,这既能将天线从航天器平台上减去以进一步降低重量和尺寸,也能满足全向通信相控阵天线的设计需求。随着深空探测和星际旅行的不断发展,小型化、轻量化和高性能航天器的需求日益增加,LISA-T的成功将为小型航天器提供一种全新高效的能源和通信解决方案。凭借独特的设计优势,LISA-T有望在未来成为电力和通信系统的标准配置,从而推动航天技术的进一步发展。