中國試驗「太空加油機」 緊跟國際空間技術前沿

從6月25日開始，澎湃防務陸續對長征七號火箭的技術創新及其攜帶的多類載荷進行了專題報道，在對綠色火箭、上面級、縮比返回艙和遨龍一號飛行器進行專業分析後，今日的關注焦點轉移到在軌加註實驗裝置上，這也是長征七號專題針對有效載荷的最後一篇專業分析。

長征7號運載火箭發射。 澎湃新聞記者趙昀圖

在軌加註技術通俗地講就是「太空加油」，但是受空間條件所限，在軌加註存在特有的技術風險與成本制約。此次在軌加註實驗裝置的發射表明，中國正在緊跟在軌服務這一前沿的空間技術，以提高空間在軌服務能力。

衛星為何需要「太空加油」？

衛星的服役壽命取決於多種因素,但往往主要取決於動力因素。衛星的動力主要來源於兩個方面，一是自身從地球攜帶的燃料，二是太陽能電池板。雖然航天器一般都安裝著太陽能帆板電池，但由於要長期在軌運行，衛星還是需要消耗燃料來進行軌道維持、誤差修正、調整姿態以及應急變軌等「動作」。

當前，隨著技術的不斷成熟，衛星自身元器件的可靠性等綜合性能已經達到一個相當的高度，燃料就成為影響衛星服役壽命的重要瓶頸。一般情況下，衛星、空間站等航天器被發射到軌道上，燃料耗盡或發生故障後就會被棄用。許多被棄用的衛星本身其實功能完好，但它們的命運已經註定，只能一圈圈地在軌道上運行，直到脫離軌道墜入大氣層，或者與其他航天器相撞成為太空垃圾，最終「 油盡燈枯」。因此，科研人員試圖通過研發軌道燃料加註的相關技術，以在未來對燃料耗盡的衛星進行補給，延長大量高價值的衛星、空間站等航天器的飛行壽命，提高效費比。

此外，在軌加註服務還能夠顯著提升空間探測能力，減少運載器規模，降低任務成本，從而推動人類實現載人探火星、載人探小行星等載人深空探測夢想。

最早應用在軌加註技術的國家是蘇聯和美國。1978年，蘇聯「禮炮六號」空間站首次實現了在軌加註，目前，國際空間站已經成功進行多次在軌加註工作。以往，在軌加註技術的主要對象是空間站等大型航天器，近年來，針對尺寸相對較小的航天器——衛星進行的在軌加註開始成為各國研究的熱點。目前，美國通過「軌道快車」等計劃進行了不少在軌加註實驗，其在軌加註技術走在世界先進前列。

中國急需在軌加註能力

中國對在軌加註也具有迫切需求，無論是未來空間站建設，還是衛星延壽，都需要在軌加註技術的支撐。

按計劃，從2018年起，中國將陸續發射空間站的核心艙和實驗艙，2020年左右建成空間站，而空間站正常運行的條件之一就是掌握在軌加註技術（有人在軌加註技術）。不止如此，到2020年左右，中國在軌衛星數量將達到200顆左右，提升這些衛星的效益也需要掌握在軌加註技術（無人在軌加註技術）。然後在此基礎上，中國還可以適時研究在軌加註站技術，推動中國載人深空探測計劃的實施。

此次發射在軌加註實驗裝置是中國首次空間在軌加註試驗，相較於以往相關單位開展的關於在軌加註的理論研究、模擬分析和試驗研究，可以說這次試驗向實際應用前進了一大步。通過此次在軌加註試驗，可以對空間推進劑流量及質量測量、加註對接介面、流體傳輸、推進劑管理、空間精細化自主操作等方面開展試驗研究，探索和積累相關技術。

在軌加註技術具有廣泛應用前景，對於人類大規模、常態化的空間探索活動具有深遠影響，能夠為空間探索模式提供更多的選擇，對於降低航天運輸成本和任務風險、增強空間飛行器的任務適應性、延長空間飛行器的壽命都具有重要的作用。目前，美國在該領域相對領先，中國應加大研究投入，儘早掌握在軌加註技術。

技術與成本之間矛盾

一顆衛星的造價動輒數億美元，有的甚至更高，如果能夠在太空為其補加燃料，延長壽命，帶來的經濟效益將十分可觀。但問題是，以人類現在的技術條件和成本控制，給在軌運行的衛星補加燃料的成本，不見得比重新發射一顆衛星低多少。

此外，現在的衛星設計多以一次性使用為前提，實施補加燃料的可行性不大。今後發射的衛星如果需要進行在軌補加燃料，在設計之初就需要安裝一套較為複雜的加註系統，但這又會佔用一定的衛星有效載荷。

而且，在軌補加燃料還要面臨交會對接以及加註過程中存在的風險，一旦發生意外，損失也將是不可估量的。儘管從技術層面上說，人類目前已經掌握的交會對接、空間機械臂等技術，能夠支持我們完成太空加油的任務。但是，航天活動一直是一項高風險活動，其風險控制方面還有待加強，尤其是加註過程中容易發生的燃料泄漏等危險，不僅會導致加註失敗，甚至還會導致衛星失效。

不過，雖然在軌加註目前看上去存在一些困難，但其未來多方面的應用價值是可以預見的。除了給衛星延壽外，衛星在軌燃料加註技術還將推動先進的自動交會對接系統、機械臂等捕獲裝置的研發，而後者在未來可以為行星防禦、大型軌道結構的安裝等進行服務。此外，在軌燃料加註技術一旦被廣泛採用，將會對後續衛星、飛船等航天器的設計理念有所突破，太空開發的成本也將有效降低，同時還能有效減少太空垃圾的數量。

請您繼續閱讀更多來自 百姓視野 的精彩文章:

TAG:百姓視野 |

※中國試驗「太空加油機」 空間站和衛星有急用
※中國首次成功試驗 「太空加油」 中國航天邁入「空間站」時代
※中國新一代大功率艦船柴油機開始試驗
※我國衛星完成首次「太空加油」試驗，空間站和火箭專家怎麼看？
※美國試驗迷你太空梭
※美國核試驗沙漠航拍
※中國新型臨近空間平台試驗成功：各項技術指標完爆美黑鳥偵察機！
※中國核武器試驗中空前危險一幕：駕駛員投彈之後 氫彈還在飛機上
※美國直誇印度該技術遠超中國，結果兩次試驗在升空就爆炸
※中石油與清華聯合攻關國內首創光纖微地震監測試驗成功
※殲15彈射型飛機進入中國艦載機試驗部隊：中國航母迎來里程碑
※中國首款大型太陽能無人機完成高空飛行試驗
※國內首條懸掛式空軌機車開始試驗運行
※盤點國際空間站進行的十二項炫酷試驗
※英國噪音最小潛艇下水進行試驗
※探訪中國軍用無人機試驗中心：飛行測試像打空戰
※美國海軍試驗在民用船舶上安裝潛艇救援系統
※中國成功試驗世界頂級未敏彈技術：俄方竟主動上門求中國轉讓技術
※中國航空發動機事業的春天？中國高超音速發動機試驗成功！