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为卫星“加油”、维修，靠谱！

——美开发人造卫星自动燃料加注系统

刘霞综合外电 //m.auribault.com 2014-04-15 来源：科技日报

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自动“加油”系统接近一个正在旋转的人造卫星

2011年，在太空行走的宇航员将RRM转移到国际空间站的一个临时平台上

进入近地轨道的火箭正在进行燃料加注

　　据悉，美国国家航空航天局（NASA）目前正在研制轨道卫星自动“加油”系统，其能自动给围绕地球轨道旋转的人造卫星加注燃料并且进行维护，这将显著降低发射成本，延长卫星的使用寿命，同时避免出现电影《地心引力》里的情节：卫星碎片形成的太空垃圾几乎毁掉了每个轨道卫星。

　　NASA卫星服务能力办公室（SSCO）的项目副经理本杰明·里德近日接受美国太空网采访时表示：“目前，当发射人造卫星进入与地球相对位置不变的地球轨道上时，推进剂就占据了人造卫星大约一半的重量。使用完成任务所需燃料的小部分将人造卫星推升至高空，能在未来自动添加所需的推进剂，有望大幅降低发射和运行人造卫星的成本，同时也能让人造卫星装载更多设备升空。”

　　里德补充说：“在轨服务打开了全新的可能性，让人们能更高效地发射人造卫星。SSCO目前正在进行对这种自动“加油”系统进行测试，更多的实验计划于今年年底分别在地面和国际空间站（ISS）上进行。”

　　在国际空间站上测试RRM

　　2013年1月，自动燃料补给任务（RRM）首次在国际空间站上进行测试。该实验证明，通过对机器人进行远程控制，能够通过真空管和线成功地在太空传输燃料。这种方法并没有使用氧化剂或联氨这样的推进剂，而是将乙醇从仿造的服务器泵入仿造的人造卫星上。

　　里德说：“乙醇的黏性、密度和热容量与联氨几乎一样，但它没有爆炸性。这就使其成为在国际空间站进行实验的好‘替身’，在国际空间站内，安全是第一要务。”

　　SSCO打算在2014年夏末或秋初，在绕地球旋转的轨道实验室进行更进一步的测试，此次集中在对低温燃料进行测试上。

　　目前有400多颗人造卫星围绕地球旋转，其中大多数位于近地轨道。地球的大气层常会拖住它们前进的步伐，因此，需要时不时地进行一些微小的重启和加速，而这种重启和加速一般由存储的燃料提供动力。

　　然而，在与地球相对位置不变的轨道运行的人造卫星则会继续向外运行，其不仅经常被地球的引力拖住，也会被太阳和月球的引力拖住。由于这些人造卫星经常会漂移，因此，它们需要依靠低温燃料来保持既定的步调或方向。

　　顾名思义，可存储燃料能在室温下存储和转移，而低温推进剂的保存则需要更低的温度，在近地轨道，这种低温燃料会浓缩，在存储罐内制造出泡沫。现在，工程师们已经研发出了一套新技术，可以将没有泡沫的低温燃料转移到新的存储罐内，其中有些技术将在RRM的第二阶段进行展示。

　　在地面测试RROxiTT平台

　　在国际空间站上，RRM会对机器人在太空工作的力学原理和能力进行测试，而在地面，工程师们在进行安全测试方面拥有更多选择。

　　2014年2月，SSCO宣布，其在地面成功对远程机器人氧化剂转移试验（RROxiTT）平台进行了测试，主要测试在高压下对在太空中可能会出现的有毒氧化剂燃料进行远程转移。鉴于这一实验太危险，因此无法在国际空间站上进行。

　　里德解释道：“这一点与给汽车加油类似。在日常环境下，气体位于汽车油罐的底部，当油箱盖被打开时，其内部的压力并没有发生变化，但太空中的情况却并非如此，在太空中，推进剂承受的压力大约为250磅/立方英尺至300磅/立方英尺，是RRM在国际空间站承受压力的6倍；在人造卫星内，当你打开阀门，燃料会以300磅/立方英尺的压力喷涌而出，这就让问题变得复杂。”

　　对RROxiTT进行的测试表明，这种机器人转移设备能在这样巨大的压力下，成功地将燃料从油罐内移入人造卫星内。实验中用到的地面机器人位于美国东部佛罗里达州东海岸的NASA肯尼迪航天中心，而操作员则在位于马里兰州的戈达德太空飞行中心，这样遥远的距离进一步增加了测试的难度，但科学家们仍然克服困难，取得了成功。

　　接下来，科学家们将对RROxiTT进行更进一步的测试，一个实物大模型人造卫星将悬浮在戈达德太空飞行中心的洁净室内，机器人会在压力下给这个人造卫星添加燃料。这样的实物大模型不仅可以测试这种机器人加油办法是否可行，而且也能用来对工程师们进行训练，有助于其未来的研发工作。

　　NASA的官员们表示，这套模拟装置目前还处于设计阶段，预计于今年夏天开工建造，首次测试计划于2015年1月进行。

　　未来的人造卫星

　　目前的一次性人造卫星在发射时并没有考虑维护问题，不过，SSCO目前正在研发相关技术，以便给这些人造卫星加油，这些技术有望延长人造卫星的寿命，从而使政府和公司能节省研发和发射成本，否则，这些人造卫星会因为缺乏燃料而不得不退休。

　　一旦自动燃料加注变成常规手段，人造卫星将能被设计成可以维护的，另外，人造卫星也能通过力学方法进行升级。里德以哈勃太空望远镜为例进行了解释，他说：“因为哈勃太空望远镜在设计时就考虑了维护和维修问题，随着地面技术的不断进步和维修，哈勃太空望远镜目前所拥有的功能比它刚开始发射时提高了2到3个数量级。”

　　自动维修给科学研究带来的好处非常巨大。拥有15年寿命的人造卫星能用够用7年的燃料发射进入地球的轨道上，从而为其他科研设备留出空间。如果技术过时或者望远镜在7年后不再能起作用，那么，当人造卫星的推进剂消耗殆尽后，人造卫星就会掉电；但如果任务需要持续进行，机器人会将更多燃料输送进人造卫星的油罐中，让其继续服役。

　　另一个选择是使用机器人来操控绕轨道运行的人造卫星的零件。目前，望远镜的大小受限于火箭能携带其进入太空的能力，如果零件能被分开发射，然后由机器人在太空组装，那么，将会有更多更大的科研设备能够进入太空进行科研探索。

　　里德说，总而言之，自动燃料加注技术能延长各种类型的人造卫星的寿命，甚至增加其能力、有效降低其发射和使用成本。

编辑：尹盼秋