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全球首次商业在轨服务任务成功实施

2020-04-22李侃

国际太空 2020年3期
关键词:延寿组合体坟墓

李侃

(北京空间科技信息研究所)

2020年2月25日,美国诺格公司(Northrop Grumman)研制的任务拓展飞行器-1(MEV-1)成功与超期服役的国际通信卫星-901(Intelsat-901)交会对接,在完成卫星组合体在轨测试后,将为Intelsat-901提供5年工作寿命延长服务。这是全球首次成功实施的商业在轨服务任务,标志着在轨服务应用发展迈入了新的阶段。

1 项目回顾

2019年10月9日,诺格公司的MEV-1在俄罗斯拜科努尔航天发射场通过质子-M(Proton-M)火箭以“一箭双星”的方式成功发射,共同发射另一颗卫星为欧洲通信卫星-5WB(Eutelsat-5WB)。

MEV项目始于2011年,最初计划研制不少于5个系列航天器,首星MEV-1原计划在2018年发射。在经历1年发射延迟后,MEV-1于2019年第四季度成功发射升空,卫星设计寿命15年,将为Intelsat-901卫星提供5年期的商业在轨延寿服务。

2 项目最新进展

MEV-1的服务对象是国际通信卫星公司(INTELSAT) 的 Intelsat- 901卫 星。Intelsat-901卫星于2001年6月9日发射,原设计寿命13年,至今已在轨运行超过18年时间,超期工作5年,卫星处于寿命末期。根据INTELSAT公司报告与相关国际条约规定,Intelsat-901卫星会在2019年内耗尽所有燃料前完成离轨处置,抬升300km轨道高度至坟墓轨道。MEV-1会在坟墓轨道与Intelsat-901卫星对接后重新定点到新的轨位,继续提供通信服务。

MEV-1与目标交会对接过程的实拍图组

2019年MEV-1卫星在完成星箭分离后,开始利用全电推模块向Intelsat-901目标轨道转移,整个过程需要约3~4个月时间。2020年2月中旬,诺格公司宣布MEV-1抵达Intelsat-901卫星所在坟墓轨道附近,2月25日成功与Intelsat-901卫星对接。目前,卫星组合体正在进行性能测试,随后将重新定点到27.5°(W)的新轨位,为北美、非洲和欧洲提供5年期延长通信服务。

根据诺格公司公布的计划与最近进展,MEV-1在首个服务周期的任务实施情况如下,目前正处于卫星组合体在轨测试阶段。

1)2019年10月9日MEV-1发射升空,在完成与运载火箭分离释放后,利用全电推模块进入地球同步转移轨道(GTO),耗费约3~4个月时间到达Intelsat-901卫星所在的坟墓轨道。

2)Intelsat-901卫星在MEV-1进行轨道转移过程中,利用剩余燃料抬升轨道至GEO坟墓轨道。

3)2020年2月中旬MEV-1抵达Intelsat-901卫星所在坟墓轨道附近后,随后基于星载照明与视觉系统抵近Intelsat-901卫星,接收地面控制系统指令,执行最终交会对接操作。

4)两星相距约1m距离时,地面控制系统授权MEV-1从Intelsat-901卫星背地面自主抵近完成对接操作。2020年2月25日,两星成功在Intelsat-901卫星远地点发动机所在面进行对接。

5)目前MEV-1与Intelsat-901卫星对接完成的卫星组合体正在进行基本的在轨测试工作。

6)当卫星组合体测试完毕后,由坟墓轨道重新定点至27.5°(W)的新GEO轨道业务轨位。未来由MEV-1为卫星组合体提供5年业务运行所必须轨道保持、姿态控制等服务。

7)5年服务周期结束后,卫星组合体再次抬升轨道高度至坟墓轨道,由MEV-1辅助Intelsat-901卫星完成离轨处置操作。

8)卫星组合体分离为原Intelsat-901卫星和MEV-1。MEV-1将在剩余寿命内开始下一次服务计划。

3 后续计划

按照诺格公司最新计划,MEV-2将在2020年内搭载阿里安-5(Aniane-5)运载火箭发射,在轨延寿服务对象为INTELSAT公司的另一颗卫星。后续其他的MEV航天器发射计划目前暂未公开。

除此之外,诺格公司在2018年对外公布MEV系列的升级型号—“任务机器人飞行器”(MRV)。MRV将搭载空间机械臂载荷,可利用“任务扩展吊舱”(MEP)载荷为客户卫星提供有限的延寿服务。MRV在“任务扩展吊舱”安装完毕后直接与客户分离,可在有限设计寿命内为更多的卫星提供在轨延寿服务。

得益于首次MEV-1任务的成功实施,美国国防部高级研究计划局(DARPA)在2020年3月4日宣布,已经选定诺格公司成为军用在轨服务项目—“地球同步轨道卫星自主服务”(RSGS)的商业合作伙伴。双方协议,由诺格公司为RSGS项目提供卫星平台及技术支持,由美国海军研究实验室(NRL)为MRV提供双臂空间机械臂载荷及相关支持。RSGS项目将利用自主服务航天器平台在GEO轨道开展在轨操作服务的创新性研究项目,主要目标是为目标提供灵巧操作能力。按照DARPA公布的最新进度,RSGS将在2023财年开展在轨演示试验,诺格公司的加入必将为项目成功实施提供保障与支撑。

4 小结

“在轨服务”概念自20世纪60年代诞生至今已有超过50年的历史,世界各国从概念研究、技术演示验证到业务系统部署,开展了大量的研究与实验工作。美国自21世纪初启动低轨“轨道快车”项目,历经近20年技术研发和在轨试验验证的持续积累,成功在2020年2月实施全球首次商业在轨服务任务。

在轨服务系统作为一种新型的航天系统,具有卫星接管延寿、燃料加注、故障维修、模块更换、功能升级、在轨组装与建造等广阔应用前景,在未来发展模式趋于成熟后,或将彻底改变航天系统设计理念。

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