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中国试验“太空加油机”紧跟国际空间技术前沿

来源:www.timetimetime.net 时间:2020-02-08 编辑:管理

作者:谢瑞强来源:澎湃新闻发布时间:2016/6/29 15:34:49

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China test“space tanker”追随国际空间技术前沿

[编者注]

从6月25日开始,澎湃防务就长征7号火箭的技术创新及其承载的各种载荷做了专题报道。在对绿色火箭、上层、缩小返回舱和奥龙-1飞机进行专业分析后,今天的焦点转移到在轨装填实验装置上,这也是长征7号有效载荷的最后一次专业分析。

长征7号运载火箭发射。澎湃新闻记者赵云图

在轨加油技术俗称“太空加油”。然而,由于空间条件,在轨加油有独特的技术风险和成本限制。“在轨加油实验装置”的发射表明,中国正在密切跟踪处于在轨服务前沿的空间技术,以提高其在轨服务能力。

为什么卫星需要“太空加油”?

卫星的使用寿命取决于许多因素,但通常主要取决于动态因素。这颗卫星的能量主要来自两个方面,一个是它从地球上携带的燃料,另一个是太阳能电池板。尽管航天器通常配备太阳能电池板,但卫星仍然需要消耗燃料来执行“行动”,例如轨道维护、误差校正、姿态调整以及由于长期在轨运行而导致的紧急轨道改变。

目前,随着技术的不断成熟,卫星部件的可靠性等综合性能已经达到相当高的水平,燃料已经成为影响卫星使用寿命的重要瓶颈。在正常情况下,卫星、空间站和其他航天器被发射进入轨道,在燃料耗尽或故障后将被丢弃。许多被遗弃的卫星实际上运行良好,但它们的命运已经决定,它们只能一圈又一圈地绕着轨道运行,直到它们脱离轨道坠入大气层或与其他航天器相撞成为空间碎片,最终“油用完了,灯也干了”因此,研究人员正在努力研究和开发轨道加油的相关技术,以补充未来燃料耗尽的卫星,延长大量高价值卫星、空间站等航天器的飞行寿命,提高效率成本比。

此外,在轨加油服务可以显着提高太空探索能力,减小运载工具的体积,降低任务成本,从而促进人类实现载人深空探索梦想,如载人火星探索和载人小行星探索。

最先应用在轨加油技术的国家是苏联和美国。1978年,苏联的“礼炮6号”空间站首次实现了在轨加油。目前,国际空间站已经成功地进行了许多在轨加油作业。过去,在轨加油技术的主要对象是空间站等大型航天器。近年来,相对较小的卫星在轨加油已成为各国研究的热点。目前,美国已经通过“轨道快车”等项目进行了许多在轨加油实验。它的在轨加油技术是世界上最先进的技术之一。

中国迫切需要在轨加油能力。

中国也迫切需要在轨加油,未来空间站的建设和卫星寿命的延长都需要在轨加油技术的支持。

根据计划,中国将从2018年开始陆续发射空间站的核心模块和实验模块,并于2020年左右建成空间站。空间站正常运行的条件之一是掌握在轨加油技术(载人在轨加油技术)。不仅如此,到2020年左右,中国在轨卫星数量将达到200颗左右。为了提高这些卫星的效率,还需要掌握在轨加油技术(无人在轨加油技术)。然后,在此基础上,中国也可以适时研究在轨加油站技术,推动中国载人深空探测计划的实施。

发射在轨加油试验装置是中国首次太空在轨加油试验。与以往相关单位对在轨加油进行的理论研究、仿真分析和实验研究相比,本次试验可以说是向实际应用迈进了一大步。通过这次在轨注射试验,可以对空间推进剂流量和质量测量、注射对接接口、流体传输、推进剂管理、空间精细化自主操作等方面进行实验研究,并探索和积累相关技术。

在轨加油技术具有广阔的应用前景,对人类大规模、正常的空间探索活动有着深远的影响,可以为空间探索方式提供更多的选择,在降低空间运输成本和任务风险、增强航天器的任务适应性、延长航天器使用寿命方面发挥着重要作用。目前,美国在这一领域相对领先。中国应加大研究投入,尽快掌握在轨加油技术。

技术和成本之间的矛盾

卫星的成本通常高达数亿美元,有些甚至更高。如果能在太空中给它加油以延长它的寿命,经济效益将是非常可观的。然而,问题是,鉴于人类目前的技术条件和成本控制,在轨补充燃料卫星的成本不一定比重新发射卫星的成本低很多。

此外,目前的卫星设计大多基于一次性使用,实施加油是不可行的。如果未来发射的卫星需要在轨道上加油,在设计之初需要安装一个更复杂的加油系统,但这将占用一定的卫星有效载荷。

此外,在轨道上加油也会在会合、对接和加油期间面临风险。万一发生事故,损失将无法估量。虽然从技术上讲,交会对接、空间机械手等人类已经掌握的技术可以支持我们完成太空加油任务。然而,空间活动一直是一项高风险活动,其风险控制需要加强,特别是加注过程中容易发生的燃料泄漏等风险,这不仅会导致加注失败,还会导致卫星故障。

然而,虽然在轨填充似乎存在一些困难,但它在未来许多方面的应用价值是可以预测的。除了延长卫星寿命外,卫星在轨加油技术还将推动先进的自动交会对接系统、机械臂等捕捉设备的研发,为未来的行星防御和大型轨道结构的安装服务。此外,一旦在轨加油技术被广泛采用,它将在后续卫星、航天器等航天器的设计理念上取得突破,有效降低空间开发成本,同时也有效减少空间碎片的数量。(原标题:技术派系|中国测试“太空加油机”,跟随国际太空技术前沿)

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