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全球报道:美国在太空成功挽救报废卫星 但暴露了一个危险信息

2020-02-29 15:0156790新浪网

原标题:美国在太空成功挽救报废卫星 但暴露了一个危险信息

据《空间新闻》报道,2月26日,美国诺格公司的“任务延长飞行器一号”(MEV-1)成功把机械臂插进了国际通信卫星901的发动机喷管里,实现对接。如果一起正常,MEV-1将接管901卫星的姿态和轨道控制,把它从墓地轨道带回地球静止轨道,重新投入使用。

这是近几年兴起的所谓“在轨服务技术”,用一个服务机器人接管燃料耗尽的老旧通信卫星,让它能继续保持在轨工作。

[MEV-1插入国际通信卫星901成功]

这么强悍的技术,全球的通信广播卫星运营商们有没有群起而欢呼呢,这可以节省多少钱啊!然而,事实上,除了国际通信卫星公司,几乎没有任何人响应这个看上去很美的计划。

其中的道理很简单,不值。

把卫星部署到地球静止轨道上,需要花两笔钱。一笔钱是买卫星本身,一笔钱是买发射服务。其中还包含了各种保险费、发射场使用费、测控系统使用费,等等。一般的大型静止轨道通信广播卫星采购价大约是两亿美元左右,发射服务费大约是5000~6000万美元,在轨可以工作15年。与MEV-1的对接能让一颗卫星再工作5年,等于省了8000多万美元。

[MEV-1接管901卫星的姿轨控]

但是,从小被数学老师反复锤炼的中国读者们马上就会发现问题——机器人本身值多少钱?MEV-1发射重量2360千克,差不多是大型通信卫星的一半,我们就算它的发射服务只要2500万美元好了。诺格公司并没有公布MEV-1的造价,但是国际通信卫星公司为了这5年的寿命延长,总计要支付6500万美元的服务费。也就是说,MEV-1的造价应该不超过4000万美元。这么一算下来,似乎没省多少钱啊。为了1500万美元,值得如此大费周章吗?

而且,通信卫星的寿命问题并不仅仅是燃料。

世界上只有6家企业能独立制造先进的大型静止轨道通信卫星,美国的波音、洛马和劳拉,欧洲的空客和泰雷斯-阿莱尼亚,中国的中国空间技术研究院。这些企业所出售的卫星,工作寿命都设定在了15年。因此在设计的时候,主要元器件的寿命就是按照保证15年正常工作来设定的,燃料罐大小也是按15年来设计。通信卫星上的核心部件叫做转发器,转发器的核心部件叫行波管功率放大器。使用15年后,行波管的输出功率就会严重下降,通信带宽会降低,无法再执行高性能要求的通信业务了。就算这时候燃料罐里还有推进剂,卫星也不值得挽救了。

那么,为啥不能把卫星寿命设计得长一点。这是一个非常复杂的问题,涉及到火箭运载能力、元器件在宇宙中的性能衰退,等等。所以,15年是一个经过综合平衡、得到实践检验的合理数字。另外,通信广播卫星是IT类电子产品,升级换代的步伐是不可阻挡的。就像家里的路由器一样。有谁还在用15年前的老款路由器吗?所以,通信卫星该换就得换。

实际上,现在的通信卫星运营商们巴不得赶紧把老卫星都换掉,这是因为在几年前出现了一种叫做高通量卫星的技术,它的天线和波束控制技术完全颠覆了传统,一颗卫星的通信能力就抵得上几十颗老卫星。中国的中星16号就是个例子,这一颗卫星的通信能力超过了中国此前所有卫星的总和。这没有什么好奇怪的,想想你新买的5G手机要比几年前的3G手机快多少倍?

所以,多数卫星公司对在轨服务技术不是很热情,也是可以理解的。

这样看来,在轨服务技术根本就是屠龙之技了吗?事情也没有这样绝对,有一些孤品卫星还是有价值延长寿命的,最典型的就是“哈勃”空间望远镜。这种只造一颗的科学卫星造价高昂,很多关键元器件都是单件定制的,有着巨大的价值。只要还能继续工作,就应该设法延长它的寿命。各国都在规划各种各样的空间望远镜,多数都值得长期维持下去。

另外一种用途就不那么好看了。所谓“在轨服务”,最感兴趣的用户不是卫星公司也不是宇航局,而是美国军方。美国国防高级研究计划局甚至对加油都不满足,他们希望能研制一种拆卫星的机器人。按照国防高级研究计划局的说法,今后可以只发射没有天线的卫星,然后用机器人把旧卫星上的天线割拆下来装到新卫星上,省一大笔钱。然而这种说法实在非常可疑,卫星天线是非常高精度的设备,即使在条件优良的厂房里,也要动用各种精密仪器和工具,才能准确安装到卫星本体上,然后还要接受反复测试和调试,才能出厂发射。用机器人在宇宙里随便割下来,就能装在新卫星上用了吗?所以,美国军方到底想用这类机器人拆谁的卫星,就非常值得揣摩了。他们会不会打算用轨道服务机器人强行对接其他人的卫星,然后加以劫持,也是个挺有意思的话题——反正国际通信卫星901和其他卫星一样,都属于“非合作目标”,能抓901,也就能抓其他静止轨道卫星。

[DARPA的拆卫星机器人]

这不禁让人们想到了航天飞机服役早期的一个桥段。苏联担心自己的卫星被美国人直接抓进机舱带回地球,不得不在卫星里设计了一个自爆装置。你敢抓,我就跟你同归于尽!


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