英国国家物理实验室(NPL)的科学家正在与欧洲航天局(ESA)以及英国和欧洲合作伙伴合作，开发太空光学时钟，以改善未来的导航和计时。

参考超稳定腔的激光频率是光学钟的关键组成部分，它们共同构成了独特的工具，有可能改进卫星导航系统和地球重力场变化的测量，以及测试物理学的基本理论，包括寻找暗物质并统一引力和量子力学。

NPL正在开展几项与ESA签约并由英国航天局(UKSA)资助的并行运行的活动，这些活动侧重于不同的应用，所有这些活动的目的都是在每种情况下技术就绪指数(TRL)，这是对技术成熟水平(TRL)的评估。NPL立方腔体功能成熟，可在恶劣的太空环境中运行。NPL立方腔可以在任何方向运行，并且最近在模拟与在轨发射和部署相关的空间环境条件的振动、冲击和辐射测试中达到了TRL6（即在相关环境操作系统），这是迈向仪器空间认证的重要一步。这些项目主要与欧洲和英国的合作伙伴合作，特别是涉及大型空间集成公司。

获得专利的NPL立方腔设计使光腔频率稳定性对振动高度不敏感。它具有独特的稳健性，可以将商用激光系统的光谱线宽从几MHz降低到1Hz以下。这提供了可用作独立频率参考或光学原子钟子组件的超稳定激光器。

将这种光学原子钟和超稳定激光技术应用于未来科学（基础物理学和宇宙学）、地球观测（相对大地测量）、导航（未来的全球导航卫星系统）和航天计划中具有重要意义。对于后者，少数低地球轨道(LEO)星座中的光学时钟和腔稳定激光器有可能为MEO星座时钟提供更快的更新，减少对大气受限轨道数据上传的依赖。

在NASA/ESA的下一代重力测量任务(NextGenerationGravityMission)中，NPL的立方空腔可用于测量地球重力场作为地球表面位置的函数。该任务将由两颗在LEO中绕地球运行并相距约200公里的卫星组成。使用激光干涉测量法测量的卫星之间距离的变化反映了由于第一颗卫星经过时陆地质量的变化而导致的大地水准面（海平面的名义高程）的变化。使用NPL立方腔可以稳定所需的超稳定激光器。在极地地区，该技术可以比以前的GRACE和GOCE更准确地监测冰川变化任务。这些数据还用于气候变化预测，并提供信息，使政策制定者能够采取适当的缓解和适应战略。

在未来的NASA/ESA2030s激光干涉仪空间天线(LISA)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。该空腔将为地面支持设备和潜在的空间部署提供短期频率参考。该天线将是设计并发射到太空的最大天基仪器，三个航天器呈三角形排列，彼此相距250万公里，比地基引力波干涉仪长100万倍。每艘飞船都将装有超稳定激光器和探测器，以及一个集中的激光频率稳定系统，例如航天器内的NPL立方腔。