这款在英国研发的航天器名为CosmoCube。由剑桥大学领导的一个国际研究团队计划将其送往月球轨道，在那里，月球背面可以阻挡来自地球的无线电干扰。在那个异常安静的环境中，CosmoCube将聆听早期宇宙留下的极其微弱的信号。
聆听第一代恒星出现前的信号
科学家将这种信号称为21厘米线。它来自大爆炸余辉消散与宇宙黎明之间时期存在的氢原子，宇宙黎明是指第一代恒星内部开启核聚变的时期。
迄今为止，还没有人直接观测过这一宇宙历史篇章。
CosmoCube将寻找的信号起源于135亿多年前，但从地球上探测它极其困难。我们星球的电离层阻止了相关无线电频率到达地面天文台，而调频（FM）广播、卫星和电信产生的额外干扰可能会淹没微弱的宇宙信号。
月球提供了一个天然的解决方案。
当CosmoCube绕到月球背面时，在每两小时的轨道周期内，月球本体将阻挡来自地球的无线电噪声约40分钟。在航天器预期的两年任务期间，研究人员希望从宇宙中最后几个基本未被探索的时代之一收集约1000小时的观测数据。
这些测量结果可能有助于解释宇宙是如何从一个黑暗且相对空虚的地方，演变成今天所看到的充满恒星、星系和其他结构的丰富宇宙。
该项目已获得英国航天局的资金支持，研究人员希望CosmoCube能在未来五年内发射。任务细节已发表在《自然·天文学》（Nature Astronomy）上。
寻找暗物质的早期影响
CosmoCube旨在研究的不仅仅是第一代恒星出现前的时代。研究人员还希望其观测结果能揭示暗物质及其对最早宇宙结构形成的影响。
暗物质无法被直接观测到，但其引力效应对于解释星系和其他大型结构如何维系在一起至关重要。
剑桥大学卡文迪许实验室的首席作者Eloy de Lera Acedo教授表示：“这种来自大爆炸之后、第一代恒星出现之前的氢辐射，有望让我们了解暗物质在早期宇宙中的作用，以及它是如何将氢聚集形成第一代恒星和星系的。”
为了触及这一古老时期，CosmoCube将观测10至50 MHz之间的无线电频率。地面望远镜在很大程度上无法探测到这些频率，这使得月球成为该实验极具价值的地点。
同时隶属于卡夫利宇宙学研究所的de Lera Acedo说：“没有其他地方能让你在探测如此微弱的信号时获得所需的屏蔽，同时还能观测整个太空。月球背面确实是唯一的选择：它一次性解决了多个问题，为极早期宇宙打开了一扇JianCe的窗口。”
将月球变成无线电屏蔽罩
到达月球轨道后，CosmoCube将展开一根细长的轻型无线电天线。当航天器移动到月球背面时，该天线将在月球表面阻挡来自地球干扰的同时，搜寻来自早期宇宙的21厘米氢信号。
探测如此微弱的信号需要极高的精度。因此，CosmoCube将使用“迪克开关”（Dicke switched）校准器持续监测并调整自身的电子设备。该系统将在观测天空与测量几个内部参考源之间交替进行。
这一过程旨在识别并消除由航天器自身产生的微小变化或电子噪声，否则这些噪声可能会被误认为是来自深远宇宙历史的信号。
观测数据传回地球后，研究人员将进行额外处理。他们将使用先进的贝叶斯统计技术将目标信号与前景无线电辐射分离开来，特别是我们银河系产生的辐射。
任务期间收集的计算机模拟和测量数据还将使研究人员能够重建CosmoCube天线对天空不同区域的响应方式。随后，科学家可以校正可能干扰结果的剩余失真。
de Lera Acedo说：“除了科学目标之外，我们任务的独特之处在于其尺寸：我们正在用一个紧凑、相对低成本的平台，探测其他人未能触及的宇宙黑暗时代最早、最深层的部分。”
肩负雄心使命的小卫星
月球背面可用的无线电静默环境可能会变得越来越有价值。美国、印度和其他国家也在计划利用月球背面异常安静的无线电环境执行任务。
CosmoCube本身包含一个高度集成的微型辐射计，该辐射计利用所谓的射频片上系统技术（RFSoCs）将现代模拟和数字技术结合在一起。
CosmoCube航天器平台（“SSTL-21”）正由英国专注于小卫星制造的萨里空间技术有限公司（SSTL）开发。
仪器的研发工作已经在进行中。目前已构建了可工作的实验室原型，正在进行环境测试，研究人员正与行业合作伙伴展开合作。英国的学术合作伙伴包括朴茨茅斯大学和STFC RAL Space，而来自包括马耳他在内的欧盟国家的研究人员也参与了该项目。
CosmoCube团队最近参加了欧洲航天局（ESA）的“微型快速任务”（mini Fast missions）征集活动，拟议任务的成本目标定在5000万欧元以下。
来自STFC RAL Space的合著者Will Grainger博士说：“CosmoCube旨在充满挑战的环境中，利用一颗非常小的卫星开展一些雄心勃勃的科学探索，而要做到这一点，需要一些巧妙的设计技术。我们与项目合作伙伴合作，开发了卫星及其有效载荷的代表性模型。这些模型已在我们设施中进行了测试，以确保热性能允许有效载荷在绕月轨道上将经历的不同温度条件下运行，并执行所需的灵敏测量。未来，我们希望进一步开发完整有效载荷，为全面执行任务做准备。”
窥探宇宙黑暗时代的新窗口
如果成功，CosmoCube将证明，关于极早期宇宙的重大发现并不一定需要巨大的航天器。
相反，位于地球附近最安静的无线电环境之一的一颗紧凑型卫星，就可以为科学家提供一个迄今为止仍无法直接观测的时代的入口。
de Lera Acedo说：“这可能是一个真正的英国成功案例：硬件、软件、实施和技术都在这里开发，它可以帮助我们回答宇宙中最深刻的问题之一。”
该项工作部分由英国航天局、卡夫利基金会以及英国研究与创新署（UKRI）下属的科学技术设施委员会（STFC）提供支持。Eloy de Lera Acedo是剑桥大学塞尔文学院的研究员。