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修卫星真的是太空市场大势所趋吗?

来源:CNBETA  责任编辑:小易  

出品|网易科学人栏目组 晗冰

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图示:WorldView-4地球成像卫星

2018年,WorldView-4为DigitalGlobe母公司Maxar创造了8500万美元的收入,卫星的保险金额为1.83亿美元。如果哪家服务公司能够花上几千万美元修复轨道卫星,?Maxar就不会面临巨大财务漏洞的问题。因为WorldView-4只需要一个新的陀螺仪就可以正常运行。

迄今为止,人们对发生故障的在轨卫星无计可施。而且卫星也可能成为太空碎片,对正常运行的航天器构成危害,并可能造成碰撞风险。这样的撞击会产生数以千计的太空垃圾,进而对太空中的其他飞行器构成威胁。因此,研究如何修复或清理报废卫星相当重要。

“如果有几百个卫星在同一轨道上,我肯定想清除那些潜在的威胁,”旨在清理太空垃圾的Astroscale公司首席运营官克里斯·布莱克比(Chris Blackerby)如是指出。“这就像运输公司的卡车在路上抛锚了,我肯定不想把它留在原地。”

几家航空航天初创公司正试图找出修复卫星的方法。这些公司计划制造能够在太空停留并与故障卫星会合的航天器。有些公司的目标是将其拖进大气层烧掉,而有的公司则期望为卫星更换故障零部件。

幸运的是,WorldView-4似乎仍在Maxar的控制之下。目前这颗卫星上的一个陀螺仪失灵了,由于WorldView-4的任务是拍摄超级精确的地球图像,这一故障意味着无法完成工作。Maxar公司表示,他们已经将卫星更改为“安全配置”。

“我们将继续维持卫星的运行,监测其位置和健康状况,但卫星尚无法收集新的图像,很可能无法恢复,”Maxar发言人表示。如果必要的话,公司会将卫星送入大气层烧掉。但如果这颗卫星能够修好,Maxar就能继续从太空投资中赚钱。

NASA的航天飞机曾经执行过这种维修工作。1984年,挑战者号航天飞机上的宇航员用机器臂捕获了一颗在出现故障的在轨天文卫星。随后工作人员对卫星进行了翻新,更换故障系统。在接下来的五年里,这颗卫星一直运转良好。

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图示:1984年宇航员利用航天飞机对一颗卫星进行了维修

由于目前航天飞机已经停飞,无法进行专门维修。但是像科罗拉多州Altius Space Machines这样的公司希望有一天能通过机器人卫星提供这样的服务。其程序相对简单:将需要的任何备件发射到轨道上,机器人卫星将获取该备件并与故障卫星会合进行修复。如果机器人卫星能够对同一轨道上的卫星进行维护,其也就扮演了一个维修中心的角色。

人们对卫星维修感兴趣的部分原因是,卫星发生故障的部件不会太多。Altius Space Machines总裁兼首席执行官乔纳森·戈夫(Jonathan Goff)表示:“很多时候当一颗卫星发生故障时,只是一两个部件有问题,其他部件仍在正常工作。”

不过这类服务操作所需的技术尚未完全成熟。航天器需要能够与卫星会合,并以每小时1.7万英里的速度与卫星成功对接。这将需要一套传感器和摄像机来帮助引导航天器进入太空。然后,一旦机器人卫星成功对接,需要能够执行非常技术性的程序,比如安装一个新硬件或输送燃料。

另一个大问题是兼容性。现在的卫星制造时并未考虑对接问题,譬如WorldView-4就是如此,其没有任何对接功能。许多卫星服务公司目前正在努力设计某种标准化的接口来解决这个问题。这个想法是,未来所有的卫星都将配置建立一个接口。

对于Astroscale等公司来说,抓住卫星还需要某种磁力系统。这样卫星可以更容易地附着和分离。“这就像拖车钩,所以如果汽车在高速公路上出了故障,救援车辆可以来把它拖走。”

对于专注于服务的Altius来说,其设备要复杂一些。这不仅需要一个捕捉系统,还包括某种即插即用接口,可以让航天器在故障卫星上安装各种电子设备。此外,该接口还将包括某种输送燃料的系统。戈夫说:“这些接口不仅仅是用来修复损坏的东西。”“你还可以用它来进行升级,增加卫星功能。”

由于WorldView-4并不是基于可修复而设计的,未来堪忧。但是戈夫认为,如果它有某种插入式接口,也许可以在卫星外部连上一个新的陀螺仪。此外这将需要对软件进行调整,从而重新校准卫星。“据我所知,这完全有可能,”他说。“任何能连上卫星的组件都不是大问题。”

WorldView-4可能注定要报废,但未来其他卫星可能会得到修复。NASA和Maxar公司正在开发一种名为Restore-L的航天器,它将尝试为一颗在轨卫星加注燃料。Maxar正在开发新的服务技术,同时也在为美国国防部高级规划局研发一种名为RSGS的服务卫星。

由于SpaceX、OneWeb、Iridium等航空航天公司希望在未来10年内将数十万颗卫星送入轨道,考虑如何修复卫星迫在眉睫。布莱克比说,其公司估计,大约5%到10%的卫星在任务完成之前会出现某种故障。

“当前的轨道已经相当拥挤,”布莱克比说。“所以制定计划来降低未来发生事故的可能性至关重要。”


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