全球首次商業(yè)在軌服務(wù)任務(wù)成功實施

李侃

（北京空間科技信息研究所）

2020年2月25日，美國諾格公司(Northrop Grumman)研制的任務(wù)拓展飛行器－1（MEV－1）成功與超期服役的國際通信衛(wèi)星－901（Intelsat－901）交會對接，在完成衛(wèi)星組合體在軌測試后，將為Intelsat－901提供5年工作壽命延長服務(wù)。這是全球首次成功實施的商業(yè)在軌服務(wù)任務(wù)，標(biāo)志著在軌服務(wù)應(yīng)用發(fā)展邁入了新的階段。

1 項目回顧

2019年10月9日，諾格公司的MEV－1在俄羅斯拜科努爾航天發(fā)射場通過質(zhì)子-M（Proton-M）火箭以“一箭雙星”的方式成功發(fā)射，共同發(fā)射另一顆衛(wèi)星為歐洲通信衛(wèi)星－5WB（Eutelsat－5WB）。

MEV項目始于2011年，最初計劃研制不少于5個系列航天器，首星MEV－1原計劃在2018年發(fā)射。在經(jīng)歷1年發(fā)射延遲后，MEV－1于2019年第四季度成功發(fā)射升空，衛(wèi)星設(shè)計壽命15年，將為Intelsat－901衛(wèi)星提供5年期的商業(yè)在軌延壽服務(wù)。

2 項目最新進(jìn)展

MEV－1的服務(wù)對象是國際通信衛(wèi)星公司（INTELSAT） 的 Intelsat－ 901衛(wèi) 星。Intelsat－901衛(wèi)星于2001年6月9日發(fā)射，原設(shè)計壽命13年，至今已在軌運行超過18年時間，超期工作5年，衛(wèi)星處于壽命末期。根據(jù)INTELSAT公司報告與相關(guān)國際條約規(guī)定，Intelsat－901衛(wèi)星會在2019年內(nèi)耗盡所有燃料前完成離軌處置，抬升300km軌道高度至墳?zāi)管壍?。MEV－1會在墳?zāi)管壍琅cIntelsat－901衛(wèi)星對接后重新定點到新的軌位，繼續(xù)提供通信服務(wù)。

MEV－1與目標(biāo)交會對接過程的實拍圖組

2019年MEV－1衛(wèi)星在完成星箭分離后，開始利用全電推模塊向Intelsat－901目標(biāo)軌道轉(zhuǎn)移，整個過程需要約3～4個月時間。2020年2月中旬，諾格公司宣布MEV－1抵達(dá)Intelsat－901衛(wèi)星所在墳?zāi)管壍栏浇?月25日成功與Intelsat－901衛(wèi)星對接。目前，衛(wèi)星組合體正在進(jìn)行性能測試，隨后將重新定點到27.5°(W)的新軌位，為北美、非洲和歐洲提供5年期延長通信服務(wù)。

根據(jù)諾格公司公布的計劃與最近進(jìn)展，MEV－1在首個服務(wù)周期的任務(wù)實施情況如下，目前正處于衛(wèi)星組合體在軌測試階段。

1）2019年10月9日MEV－1發(fā)射升空，在完成與運載火箭分離釋放后，利用全電推模塊進(jìn)入地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO），耗費約3～4個月時間到達(dá)Intelsat－901衛(wèi)星所在的墳?zāi)管壍馈?/p>

2）Intelsat－901衛(wèi)星在MEV－1進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移過程中，利用剩余燃料抬升軌道至GEO墳?zāi)管壍馈?/p>

3）2020年2月中旬MEV－1抵達(dá)Intelsat－901衛(wèi)星所在墳?zāi)管壍栏浇螅S后基于星載照明與視覺系統(tǒng)抵近Intelsat－901衛(wèi)星，接收地面控制系統(tǒng)指令，執(zhí)行最終交會對接操作。

4）兩星相距約1m距離時，地面控制系統(tǒng)授權(quán)MEV－1從Intelsat－901衛(wèi)星背地面自主抵近完成對接操作。2020年2月25日，兩星成功在Intelsat－901衛(wèi)星遠(yuǎn)地點發(fā)動機(jī)所在面進(jìn)行對接。

5）目前MEV－1與Intelsat－901衛(wèi)星對接完成的衛(wèi)星組合體正在進(jìn)行基本的在軌測試工作。

6）當(dāng)衛(wèi)星組合體測試完畢后，由墳?zāi)管壍乐匦露c至27.5°(W)的新GEO軌道業(yè)務(wù)軌位。未來由MEV－1為衛(wèi)星組合體提供5年業(yè)務(wù)運行所必須軌道保持、姿態(tài)控制等服務(wù)。

7）5年服務(wù)周期結(jié)束后，衛(wèi)星組合體再次抬升軌道高度至墳?zāi)管壍?，由MEV－1輔助Intelsat－901衛(wèi)星完成離軌處置操作。

8）衛(wèi)星組合體分離為原Intelsat－901衛(wèi)星和MEV－1。MEV－1將在剩余壽命內(nèi)開始下一次服務(wù)計劃。

3 后續(xù)計劃

按照諾格公司最新計劃，MEV－2將在2020年內(nèi)搭載阿里安－5（Aniane－5）運載火箭發(fā)射，在軌延壽服務(wù)對象為INTELSAT公司的另一顆衛(wèi)星。后續(xù)其他的MEV航天器發(fā)射計劃目前暫未公開。

除此之外，諾格公司在2018年對外公布MEV系列的升級型號—“任務(wù)機(jī)器人飛行器”（MRV）。MRV將搭載空間機(jī)械臂載荷，可利用“任務(wù)擴(kuò)展吊艙”（MEP）載荷為客戶衛(wèi)星提供有限的延壽服務(wù)。MRV在“任務(wù)擴(kuò)展吊艙”安裝完畢后直接與客戶分離，可在有限設(shè)計壽命內(nèi)為更多的衛(wèi)星提供在軌延壽服務(wù)。

得益于首次MEV－1任務(wù)的成功實施，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）在2020年3月4日宣布，已經(jīng)選定諾格公司成為軍用在軌服務(wù)項目—“地球同步軌道衛(wèi)星自主服務(wù)”（RSGS）的商業(yè)合作伙伴。雙方協(xié)議，由諾格公司為RSGS項目提供衛(wèi)星平臺及技術(shù)支持，由美國海軍研究實驗室（NRL）為MRV提供雙臂空間機(jī)械臂載荷及相關(guān)支持。RSGS項目將利用自主服務(wù)航天器平臺在GEO軌道開展在軌操作服務(wù)的創(chuàng)新性研究項目，主要目標(biāo)是為目標(biāo)提供靈巧操作能力。按照DARPA公布的最新進(jìn)度，RSGS將在2023財年開展在軌演示試驗，諾格公司的加入必將為項目成功實施提供保障與支撐。

4 小結(jié)

“在軌服務(wù)”概念自20世紀(jì)60年代誕生至今已有超過50年的歷史，世界各國從概念研究、技術(shù)演示驗證到業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署，開展了大量的研究與實驗工作。美國自21世紀(jì)初啟動低軌“軌道快車”項目，歷經(jīng)近20年技術(shù)研發(fā)和在軌試驗驗證的持續(xù)積累，成功在2020年2月實施全球首次商業(yè)在軌服務(wù)任務(wù)。

在軌服務(wù)系統(tǒng)作為一種新型的航天系統(tǒng)，具有衛(wèi)星接管延壽、燃料加注、故障維修、模塊更換、功能升級、在軌組裝與建造等廣闊應(yīng)用前景，在未來發(fā)展模式趨于成熟后，或?qū)氐赘淖兒教煜到y(tǒng)設(shè)計理念。