打开网易新闻 查看精彩图片

2024年3月23日美国Orbit Fab宣布公司研发的快速连接燃料传输接口(RAFTI)已完成飞行资格认证,首批12个RAFTI端口其中的8个将用于美国太空军卫星,预计将于2025年发射卫星到地球静止轨道进行加油演示。

技术介绍

一直以来,因卫星推进剂不足而不能保持在预定工作轨道,进而影响卫星在轨寿命一直是亟待解决的问题,尤其是在高卫星轨道由于卫星本身的设计成本与运输成本,所以发展卫星在轨寿命延长技术可以有效降低成本并提高卫星在轨运营的可靠性。目前卫星选择采用比冲更大的电推,或者采用轻量化技术降低卫星总重,除此之外提供卫星在轨服务在近几年成为热点研究问题。

目前在延长卫星工作寿命的在轨服务技术发展路线主要有两条,一条是直接为在轨卫星补充推进剂燃料,另一条则是发展寿命延长服务飞船(Mission Extension Vehicle, MEV),通过提供推进服务来延长另一个卫星的功能寿命。

卫星在轨燃料加注路线

第一条路线的发展最早可追溯到2007年美国国防高级研究计划局的“轨道快车”任务,任务将32磅联氨燃料从一颗卫星转移到另一颗卫星,在当时创下了多个技术第一,但四个月后美军认为与其天基雷达计划任务匹配性不高,任务随即被取消。随后在2017年8月,美国NASA与Space Systems Loral合作开展卫星加油任务Restore-L(2020年更名为OSAM-1),其主要目标是为 1999 年发射的Landsat 7号卫星进行加油,该任务设想采用太空机器人加油方式,用机械臂控制卫星,切断绝缘层和电线并拧下螺栓,然后连接软管将联氨燃料泵入卫星的燃料箱,该任务原定于2020年发射后续迟迟未有进展,终于在2024年3月NASA宣布项目取消,理由是“持续的技术、成本和进度挑战,以及卫星加油方式的演变”,或许就与美太空军宣布采用Orbit Fab公司的快速连接燃料传输接口(RAFTI)有关。

2020年,美太空军将卫星服务、卫星机动性和卫星在轨服务确定为核心发展能力,发展所谓的动态太空作战,并提出在本世纪末为未来太空领域感知卫星配备可再补充燃料系统的目标,直接为在轨卫星补充推进剂燃料的技术方案再次成为热门。

2022年3月,美国Orbit Fab公司宣布与太空军合作开发快速连接燃料传输接口(RAFTI),并于2024年3月通过飞行资格认证。快速连接燃料传输接口(RAFTI)主要分为两端,一头安装在卫星上接收燃料,另一头安装在加油飞船上输出燃料,根据公布信息加注燃料的类型可包括联氨、过氧化物、水、丙烯或乙烷以及氙气氪气等稀有气体,最大传输速度500 mL/min,预计工作寿命100个工作循环,每套设备定价30000美元。除此之外Orbit Fab公司还通过自行研发的加油航天器与加油路径规划管理软件提供在轨卫星燃料加注服务,燃料运输价格为 2000 万美元,最多可运输100公斤肼推进剂。

Orbit Fab公司快速连接燃料传输接口(RAFTI)(单位:英寸)
打开网易新闻 查看精彩图片
Orbit Fab公司快速连接燃料传输接口(RAFTI)(单位:英寸)
Orbit Fab公司加油航天器
打开网易新闻 查看精彩图片
Orbit Fab公司加油航天器

2023年9月,美太空军授予另一家在轨卫星燃料加注技术公司Astroscale US 一份价值2550万美元的合同,用于开发加油飞船,目标在2026年演示为卫星补充燃料。

MEV路线

MEV路线最早来源于美国ViviSat公司于 2011 年提出的概念,后来公司因为种种原因被诺斯罗普·格鲁曼公司收购,MEV计划在诺斯罗普·格鲁曼公司的领导下继续进行并连续发射了两艘寿命延长服务飞船MEV-1与MEV-2。

MEV-1飞船于 2019 年10月成功发射,2020 年 2 月MEV-1飞船与Intelsat 901卫星汇合,2020年4月Intelsat 901卫星重新在轨运营,预计2025年MEV-1飞船将脱离Intelsat 901卫星。

MEV-2飞船于2020 年 8 月成功发射,2021年4月MEV-2飞行器成功附着在目标卫星Intelsat 10-02上。

MEV寿命延长服务飞船
打开网易新闻 查看精彩图片
MEV寿命延长服务飞船

对比燃料加注路线来说,MEV路线主要采用交会邻近操作和对接(RPOD)系统技术,核心技术复杂度不是很高,在可靠性与适配性方面比较有优势,能够为对地静止轨道90%以上的卫星提供延长在轨寿命服务,是一款针对现有卫星在轨寿命延长的解决方案。

结尾

根据目前公开资料,美太空军为满足未来卫星动态作战需求,在还未发射的卫星(尤其是对地静止轨道的卫星)上确定会预留卫星燃料加注接口,卫星燃料加注接口的统一标准可能会以快速连接燃料传输接口(RAFTI)的技术方案为准。针对现有卫星在轨服务,美国大概率会采用MEV路线,尤其是诺·格公司又推出下一代在轨服务飞船(MRV),计划于2024年内发射,项目吸取NASA的Restore-L任务的技术经验,为MRV飞船配备了机械臂,可以与非标准客户航天器接口的对接执行检查、增强、移动、维修、主动碎片清除等多项在轨服务;而针对现有卫星的轨道控制任务需求,诺·格公司推出更小、更便宜的任务扩展飞船,通过MRV飞船安装在客户卫星上,以此来提供在轨卫星寿命延长服务。(北京蓝德信息科技有限公司)