中国试验“太空加油机” 紧跟国际空间技术前沿

[编者按]

自6月25日以来，汹涌的国防报道了长征7号火箭的技术创新和它携带的各种类型的有效载荷。在对绿色火箭、末级、按比例缩小的返回舱和ao long 1飞机进行专业分析之后，今天的重点已经转移到在轨加油实验装置上，这也是长征7号主题上对有效载荷的最后一次专业分析。

长征七号运载火箭发射。汹涌澎湃的记者赵云图

在轨加油技术俗称“空间加油”，但受空间条件限制，在轨加油具有独特的技术风险和成本约束。在轨加油实验装置的发射表明，中国正密切跟踪空间技术在轨服务的前沿，以提高其在轨服务能力。

为什么卫星需要“太空燃料”？

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。卫星的能量主要来自两个方面，一个是它从地球携带的燃料，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，但卫星仍需要消耗燃料来执行“行动”，如轨道维护、误差修正、姿态调整和因长期在轨运行而导致的紧急变轨。

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到轨道上，在燃料耗尽或出现故障后将被丢弃。许多废弃的卫星实际上运行良好，但它们的命运已经决定了它们只能绕着轨道转，直到它们脱离轨道落入大气层或与其他航天器碰撞成为空间碎片，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，以补充未来已经耗尽燃料的卫星，延长大量高价值卫星、空间站和其他航天器的飞行寿命，并提高效率成本比。

此外，在轨加油服务可以显著提高空间探索能力，减小运载工具的体积，降低任务成本，从而推动人类实现载人深空探测梦想，如载人火星探测和载人小行星探测。

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，体积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”等项目进行了多次在轨加油试验。它的在轨加油技术是世界上最先进的。

中国急需在轨加注能力

中国也迫切需要在轨加油。无论是未来空间站的建设还是卫星寿命的延长，都需要在轨加油技术的支持。

根据计划，从2018年开始，中国将陆续发射空间站的核心模块和实验模块，并在2020年前后建造空间站。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，还必须掌握在轨加油技术(无人在轨加油技术)。然后，在此基础上，中国还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。与以往相关单位在轨加油的理论研究、仿真分析和实验研究相比，可以说是向实际应用迈进了一大步。通过这次在轨注入试验，可以对空间推进剂流量和质量测量、注入对接接口、流体传输、推进剂管理、空间精细化自主运行等方面进行实验研究，并对相关技术进行探索和积累。

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，可以为空间探索模式提供更多的选择，对降低空间运输成本和任务风险，增强航天器的任务适应性，延长航天器的使用寿命具有重要作用。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。

技术与成本的矛盾

一颗卫星的成本通常高达数亿美元，有些甚至更高。如果它能在太空中补充燃料以延长寿命，经济效益将非常可观。然而，问题是，鉴于人类目前的技术条件和成本控制，在轨道上为卫星加油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是基于一次性使用，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，在设计之初就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，在轨道上加油也面临着交会对接和加油的风险。万一发生事故，损失将是无法估量的。虽然从技术上讲，交会对接、空间操纵器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，特别是在加注过程中容易发生燃料泄漏等风险，这不仅会导致加注失败，还会导致卫星故障。

然而，尽管在轨填充似乎存在一些困难，但其在未来许多方面的应用价值是可以预测的。除了延长卫星寿命之外，卫星在轨加油技术还将促进先进的自动会合和对接系统、机械臂和其他捕获装置的研究和开发，这些装置可用于未来的行星防御和大型轨道结构的安装。此外，一旦在轨加油技术被广泛采用，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数量。(原标题:技术派系|中国测试“太空加油机”，紧跟国际太空技术前沿)