火箭院不仅能将卫星送到任何轨道,5年后还能延长卫星寿命!

发布时间 : 2018-07-27     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  导航定位、气象预报、视频传输……我们的生活越来越离不开卫星提供的各类服务。然而人造卫星的制造和发射虽然成本高昂,但是因为它远在太空,目前燃料用尽或出现故障只能坠入大气层焚毁,或推到距离地面3.8万公里的“墓地轨道”。这些卫星中有相当一部分的设备是完好的,就这样报废了实在可惜。
  那么,天上的卫星出故障了,能挽救么?答案是肯定的!
  作为中国航天的发祥地,中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)已具备将卫星送入任何轨道的能力,但科研人员们并不满足于此。火箭院研发中心目前正在研究卫星救援技术,项目组成员晁鲁静介绍说,当前国际上最热门的卫星救援方式主要有3种。

 
方法一:“太空加油”

 
  在轨卫星燃料耗尽后无法使用,而“太空加油”可避免其过早出现“油尽灯枯”的情形。就像飞机空中加油,将“加油机”送入太空,通过直接传输的方式对卫星进行气、液补给,可大幅延长卫星在轨寿命,提高卫星机动能力。据测算,如果给静止轨道上的卫星补给60公斤燃料,即可延长卫星寿命12个月,创造近亿元的经济价值。
  卫星在轨加注一直是国际航天领域的研究热点,但由于技术复杂、实现难度大,目前仅有极少数国家开展过此项试验。2017年4月,天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室完成了推进剂在轨补加试验,使我国成为少数掌握这一关键技术的国家。

 


△ 天舟一号在轨补加示意图

 
方法二:“器官移植”

 
  虽然卫星关键设备采用了冗余设计,也在地面进行了大量试验考核,但由于空间环境复杂,仍有很多卫星在完成预定任务前就出现了严重故障。为了提高在轨卫星的可维护性,模块化设计卫星的概念应运而生,“模块化卫星”是指将卫星拆分成若干个不同的功能模块,如有效载荷模块、电源模块、控制模块、推进模块、测控模块和数管模块等,卫星使用开放式的中心基本架构,围绕这个基础,添加各种功能模块。这样一来,在某个模块出现在轨故障后,对相应模块进行“器官移植”就可以使失效卫星重新投入使用。
  美国DARPA于2011年启动的“凤凰计划”项目,计划通过新发射的卫星模块和从废弃卫星上拆卸的可回收部件重新组装生成新的卫星。

 

△ 美国“凤凰计划”示意图

 
方法三:“轨道拖船”

 
  据统计,在上世纪90年代至2016年间的92次发射事故中,卫星未进入正确轨道的有43次,占比约为47%。造成事故的原因基本可分为运载火箭性能降低、上面级故障、分离故障和卫星变轨发动机故障等。在此类发射事故中,大部分卫星完好无损,系统仍可以正常工作,具有非常大的抢救价值。
  “轨道拖船”就是通过救援飞行器捕获目标卫星,辅助卫星进入预定轨道。“轨道拖船”除了可以救援未正确入轨的卫星,还可以接管寿命末期卫星的姿态和轨道控制,延长卫星使用寿命,也可以辅助失效卫星离轨。
  美国和英国联合研制的轨道延寿飞行器(CX-OLEV),以及欧洲轨道卫星服务公司的灵巧轨道延寿飞行器(SMART-OLEV)都是类似的尝试。

 

△ SMART-OLEV 捕获示意图

 
  晁鲁静说,随着航天技术的进步和发展,火箭院预计5年后可以将卫星救援技术由试验转向应用,这些技术也将进一步推动我们利用太空的良性循环。

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