上海造“太空油罐车”亮相珠海航展,可在万里高空实施“救星计划”

汽车没油会抛锚,而万里高空的卫星如果燃料耗尽,将宣告生命的终止。

正在举行的第十三届中国国际航空航天博览会上(珠海航展),一款由上海航天技术研究院打造的“神器”——补加服务飞行器,将破解位于地球静止轨道上卫星的“燃油之急”,为其延长寿命。

地球静止轨道位于地球赤道上空约3.6万公里处,绕地球运行周期恰好是24小时,与地球自转周期相同。在地面看来,这条轨道上的卫星就像静止不动悬在空中一般,因此这条轨道被称为地球静止轨道,运行于这条轨道的卫星就称为地球静止轨道卫星,譬如,我国的风云二号和风云四号系列气象卫星。

可以说,人类现代生活已经时刻离不开地球静止轨道卫星,它们全天候提供着天气预报、电视转播、移动通信、全球导航等服务。通常来说,地球静止轨道卫星的造价也十分高昂,往往高达数十亿元。正因如此,如何保证这一轨道运行卫星的寿命,显得尤为重要。

其实,运行在地球静止轨道上的卫星并非完全静止不动,除了受到地球引力之外,还会在月球、太阳的引力作用下逐渐飘离原有轨道。因此,卫星必须定期利用自身携带的燃料产生推力,把自己固定在特定的轨道位置上运行。通常,卫星在发射时会一次性携带十几年寿命的燃料。但进入太空以后,燃料只会越用越少,燃料耗尽后,卫星的寿命就结束了。

因此,燃料的储备直接决定着一颗卫星的使用寿命。目前大部分的“报废”卫星之所以提前结束“生命”,也都是受限于自身燃料携带量的不足,因此燃料补加技术的突破也必将大大延长卫星的工作寿命。

此次亮相珠海航展的“补加服务飞行器”,专职就是从事燃料“上门补加服务”。

据上海航天805所设计师介绍,该补加服务飞行器在设计之初便简化了自身功能,在维持基本在轨运行的前提下,实现尽可能多的装载燃料。补加飞行器可一次性携带1.3吨燃料,占到了自身重量的52%,堪称一辆“太空移动油罐车”。而对于一颗“急需救助”的卫星来说,只需补加50公斤燃料,卫星就可以延长大约一年的寿命,与重新发射一颗静止轨道卫星的造价相比,成本足足降低35%。

从结构上看,在轨补加飞行器前端装有雷达和相机组成的导航系统,具备“自动驾驶”的功能。当收到燃料短缺的卫星发出的求助信号后,飞行器将在地面调度系统的导引下,到达卫星后方,利用导航系统自主跟踪并接近卫星。在到达距离卫星大约2米以内时,在机械臂的配合下,实现与卫星补加口的紧密连接,将燃料输送给卫星。

然而,“太空加油”并非易事,飞行器首先要实现与卫星的精准对接。

可喜的是,精准对接技术方面,我国已经在载人航天工程中实现了突破。早在2017年,天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室成功对接,首次完成了推进剂在轨补加试验,意味着我国已成功突破在轨空间燃料补加技术。

就在这次珠海航展上,与补加飞行器一起首次亮相的还有配套的“停靠补加装置”,这是飞行器执行在轨补加任务的关键技术,也是我国首个应用于卫星的新型对接机构,它将通过与卫星实现紧密可靠连接,为补加服务飞行器进行补加任务创造条件。

与其他对接机构一样,停靠补加装置分为主动端和被动端,主动端安装在补加服务飞行器上,补加任务期间的所有动作均由补加服务飞行器上的主动端完成。据透露,在发射前,卫星仅需配置一个标准化被动端口,即可实现后续在轨运行期间的补液、补气、补电等多类型的补加服务。