在地球高空,新一代旨在让卫星更长久工作的机器人正在取代它的前辈——字面意义上的取代。
本周,诺斯罗普·格鲁曼公司建造并运营的一艘名为“任务延长飞行器”(Mission Extension Vehicle, MEV)的航天器,从澳大利亚电信公司Optus运营的一颗通信卫星上脱离。一年多来,MEV一直附着在Optus卫星的尾部,使其保持在太空中的正确位置,以便继续执行任务。
现在,这艘卫星寿命延长航天器正在离开,为它的继任者腾出空间。7月,诺斯罗普的四艘新航天器搭乘SpaceX猎鹰9号火箭发射入轨。其中一艘名为“任务机器人飞行器”(Mission Robotic Vehicle, MRV),是一颗配备两只先进机械臂的强大卫星,由美国军事研究机构DARPA开发。另外三艘名为“任务延长舱”(Mission Extension Pods, MEP),是更小、更简单的卫星,本质上是模块化推进系统。
这四艘航天器目前正前往距地球约27,000英里的目标轨道。2027年,MRV将用其机械臂将一个MEP推进舱安装到Optus卫星上,使其在未来数年内保持在轨道上。
提供通信服务或用各种传感器扫描地球的卫星只能运行一定时间。它们通常在耗尽保持位置的燃料后失效,而不是因为计算机和收发器停止工作。Optus卫星于2009年发射,设计寿命为15年。如果一切顺利,这颗卫星还能再飞行——并产生收入——六年。
如今,更低的发射成本和更低廉的太空组件使航天器维修任务成为现实。
诺斯罗普物流与服务总监Cassie Wong表示,目标是“实现一种范式转变,让我们能够将太空视为可持续的,拥有更具韧性的架构和基础设施,可以进行航天器维修、寿命延长,甚至卫星升级和维护。”
目前轨道上有两艘MEV,分别于2019年和2020年发射,已为三位客户提供了10年的寿命延长服务,包括两艘不同的Intelsat航天器和Optus卫星。MEV-1将在驻留轨道上等待下一位客户,而MEV-2目前附着在其Intelsat客户上,直至2030年。
任务机器人飞行器(MRV)代表着商业模式的演变。卫星运营商购买并拥有MEPs,它们永久性附着在卫星上。这使MRV得以腾出手来为更多飞行器提供服务,从而提供更便宜的方案。
这项服务需要相当硬核的技术能力。飞行器需要自主接近对方并安全对接,当两者都以每小时数千英里的速度移动时,这不是一项简单的任务。MEV使用对接探头插入并挂住卫星的推进器喷管。而MRV则需要用机械臂小心地安装MEP。
与大多数卫星不同,MRV设计为可在轨加油——这在一定程度上是一种概念验证,展示了如果这种在轨服务成为常态,其他卫星所需的能力。目前,这种改造带来的额外成本和重量让卫星运营商不愿投资。
事实上,当前卫星的趋势是在低轨道上部署大量廉价、可有效替换的航天器,正如星链(Starlink)和亚马逊低轨(Amazon LEO)所做的那样。另一方面,航天器越来越大,轨道上大量昂贵的大型卫星可以从寿命延长中受益。Wong希望MRV未来能承担更多任务,为卫星添加新组件并调整其轨道。
这很可能包括国防客户,因为美国在高轨道上拥有大量昂贵的卫星,而且DARPA参与了MRV机械臂的开发。事实上,美国太空军此前曾将中国的带机械臂服务航天器定性为武器,因为它理论上可以抓住并削弱对手卫星。诺斯罗普表示,其飞行器专注于服务任务。
Wong表示,MRV也可以用于低地球轨道(LEO),延长那里宝贵资产的寿命。初创公司Katalyst Space正尝试类似任务,延长NASA太空望远镜的寿命。此前一次故障导致其飞行器上个月失控。该公司已制定修复方案,并希望完成这项任务。