宇宙卫星加油站!历史上第一个宇宙卫星加油站的全貌是什么?


宇宙卫星加油站!历史上第一个宇宙卫星加油站的全貌是什么?

近年来,很多人造卫星都搭载了燃料。这是为了喷射修正轨道的推进器。但是,如果燃料耗尽,机体将无法控制,因此,多数情况下,人造卫星会掉入大气层烧毁或移动到高轨道后被丢弃。也就是说,人造卫星这种东西,有史以来几乎都是一次性的。

但是去年,历史上首次发射了“宇宙加油站”。美国风险企业开发的宇宙油轮“天神号”可以接近燃料枯竭的人造卫星,并与之对接补充燃料。与汽车一样,人造卫星也要停靠GAS加油站的时代已经到来。

与供油对手在轨对接,供油单元仅75mm

宇宙卫星加油站!历史上第一个宇宙卫星加油站的全貌是什么?

Orbit Fab 的加油卫星“Tanker 001 Tenjin”(左)与燃料耗尽的人造卫星对接。天神已经在轨试运行。

美国风险企业“Orbit Fab”公司开发的人造卫星“油轮001”于去年6月在美国佛罗里达州由猎鹰9号火箭发射升空。这是一颗质量只有35公斤的小型人造卫星,在环绕地球的低轨道(高度518 ~ 544公里)上运行。

加油的对方人造卫星在相同高度以7.5公里/秒的速度飞行,而“天神号”用立体摄像机捕捉到这一情况,并喷射推进器进入相同的轨道追上去。

“天神”搭载了被称为“RAFTI”的特殊供油单元。如果是拥有该单元的人造卫星,就可以进行对接和加油。但是,那个单元的直径只有75mm。必须在轨道上使两个飞行器的位置和姿态完全一致,并自动结合。但是,这需要很高的技术。

宇宙飞船的机体被设计成能承受80摄氏度到零下80摄氏度的温度,也就是说宇宙是如此严酷。在这种环境下施加压力,给对方卫星加油。这次航天飞船搭载的是过氧化氢燃料,在真空的宇宙中,只要有一点泄漏,燃料就会全部喷出。

目前在轨运行的“天神号”只是测试器,正在进行推进器工作测试等阶段,最终将与目标卫星对接并实际加油。

经过月球,进入地球静止轨道

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宇宙加油站“油轮002”预计2025年建成。“Orbit Fab”公司是开发供油单元的美国初创企业,机体本身预定由诺斯罗普·格鲁曼公司制造

在实施宇宙飞船试运行的同时,该公司已经在计划第二颗宇宙加油站卫星。

“油轮002”的设计比“天神号”更像一艘油轮,虽然详细规格尚未公布,但可能搭载约90kg的燃料(肼)。该加油机油轮002将与以登月为目的的探测器一起发射,因此将先飞向月球。

因为飞往月球的宇宙飞船被放置在环绕地球的极端椭圆形轨道上,所以如果置之不理,就会从月球返回地球。也就是说,它是绕地球运行的轨道,是长椭圆的轨道,也是从月球自由返回的轨道,只要稍微调整一下轨道,就可以进入绕地球运行的高度非常高的“静止轨道”(距地表高度3.6万公里)。

油轮002就这样被投入了静止轨道。通过月球的往返轨道进入地球的静止轨道是历史上首次尝试的方法。很多静止卫星都快要没气了!!

为什么002号油轮会进入地球同步轨道?因为地球同步卫星需要巨大的成本。

宇宙卫星加油站!历史上第一个宇宙卫星加油站的全貌是什么?

比起将卫星送入高度为数百公里的低轨道,将卫星送入高度为3.6万公里(准确地说是35.786公里)的静止轨道需要更大的火箭功率,技术难度也更大。

静止轨道是指,位于高度为3万6000公里的赤道上的轨道。如果将卫星准确地投入到该轨道,任何质量的人造卫星都可以以同样的速度绕地球运行,从地面上看,只能停留在天空中的一点。

在这个非常便利的轨道上,除了“向日葵9号”等气象观测卫星之外,还有以地球观测、通信、广播、军事为目的的人造卫星。而且,花费巨大成本的静止卫星中,绝大多数并没有装载丰富的燃料,很多机体都快没气了。

为了尽可能延长静止卫星的寿命,油轮002就派上用场了。如果通过加油延长寿命,就不用发射下一颗静止卫星,可以大幅降低成本。由于002号油轮能够装载丰富的燃料,因此可以为多架飞机补充燃料,其经济效益不可估量。

在轨道上修理人造卫星

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诺斯罗普·格鲁曼公司的“MEV”。它将与燃料枯竭的静止卫星对接,作为动力源使用。搭载氙气作为燃料。

虽然形态稍有不同,但起到同样作用的人造卫星已经投入使用。

诺斯罗普·格鲁曼公司开发、于2020年2月发射的“MEV-1”与燃料枯竭的美国通信卫星“英特尔卫星IS-901”对接,作为卫星的动力进行轨道变更。由此成功延长了该卫星的寿命。

2020年8月,二号机“MEV-2”发射升空,并成功与英特尔卫星IS-10-02对接。

MEV-2将与该卫星结合,作为动力源工作,5年后分离,并与下一颗卫星结合。这两颗MEV可以维持其他卫星15年的寿命。

诺斯罗普公司也正在开发新的支援卫星。非化学燃料(液体燃料)搭载电推进系统的小型“MEP”可以与一般2000kg级别的卫星对接6年,使其寿命延长。

此外,配备机械臂的“MRV”可以捕获没有共同对接端口的老式卫星,并对其故障部分进行在轨维护。这个MRV预定在2024年发射。

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页面更新:2024-04-25

标签:宇宙   人造卫星   油轮   全貌   美国   月球   天神   燃料   加油站   轨道   高度   地球   卫星

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