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  • 1 # 歷史轉身

    在第十三屆珠海航展上,中國航天科技集團八院向公眾展示了一款“黑科技”產品,被網友稱為“太空油罐車”。說實話,這款產品技術含量相當高,未來感十足,可以說非常驚豔!

    太空油罐車

    通俗地講,這款“太空油罐車”是專門用來為地球靜止軌道衛星提供“加油”服務的,而且是“送油上門”,不需要衛星親自前往加油站。

    要想知道這款“太空油罐車”到底有多牛、對一個國家的重要性有多高,我們首先要從地球靜止軌道衛星說起。

    所謂“地球靜止軌道”,是指當衛星在地球赤道上空執行時,由於執行方向與地球自轉方向相同,執行週期又與地球同步,因此,人們從地球上仰望衛星,彷彿懸掛在太空靜止不動。所以,人們把零傾角的同步軌道稱作靜止軌道,在靜止軌道上執行的衛星稱作地球靜止軌道衛星。

    地球靜止軌道衛星

    地球靜止軌道距離地面約36000公里。要想把衛星打到這麼高的地方,絕非易事!

    在發射地球靜止軌道衛星時,我們的發射場需要儘可能地靠近赤道位置。因為火箭和衛星本身要經過好幾次調整,才能將自己的軌道從橢圓軌道變成地球同步軌道,再進而變成地球靜止軌道。距離赤道位置越近,火箭和衛星需要消耗的燃料就越少,這會直接影響地球靜止軌道衛星發射的成本、難度和使用壽命。

    正是因為存在這樣一個先天性難題,所以中國才會在西昌衛星發射基地之外,又在距離赤道更近的海南島建立了一個文昌衛星發射基地。

    衛星

    而對於高緯度的俄羅斯來說,要想成功發射一顆地球靜止軌道衛星,那就更是難上加難了!早在1965年,美國就成功發射了世界上第一顆地球靜止軌道衛星。而前蘇聯在上世紀七十年代之前,就連把中等質量衛星送入有傾角的地球同步軌道都做不到。

    蘇聯人很生氣,一大堆科學家坐在實驗室裡通宵達旦地想對策,怎麼辦?

    第二天早上,一名身材魁梧、聲音洪亮的俄羅斯大漢拍案而起:“角度不夠,火箭來湊!”於是,前蘇聯選擇了最簡單粗暴的解決方式:建造更大推力的運載火箭。

    質子火箭

    1974年,重達691噸的質子-K/DM組級運載火箭橫空出世,並於當年將前蘇聯第一顆地球靜止軌道衛星送上太空。

    眾所周知,衛星在天上繞地球飛行,其本身是不需要任何動力的,靠的是萬有引力。那麼,我們為什麼還需要給天上的衛星加註燃料呢?

    對於低軌衛星而言,它們距離地面只有三四百公里的距離,這一區域存在空氣阻力等因素,所以低軌衛星在繞飛過程中存在一個軌道衰減問題。如果不加干預,衛星的執行軌道就會越來越低,最終墜入大氣層燒燬。

    衛星

    但是對於高軌的地球靜止軌道衛星而言,它們距離地面36000公里,這一區域的空氣阻力可以忽略不計,那麼它還會存在軌道衰減問題嗎?

    會!除了空氣阻力之外,高軌的地球靜止軌道衛星還會受到太陽輻射、引力波動能衰減的影響。在大約616萬年之後,它們仍將墜入大氣層。

    不過,616萬年實在是太漫長了,人類根本不必為一顆616萬年之後才會墜落的衛星提供“加油”服務。

    事實上,科學家要解決的是衛星軌道偏離問題。由於距離地球太過遙遠,地球靜止軌道衛星會受到月亮和太陽的引力。它們的引力會把地球靜止軌道衛星的軌道帶偏,而當其軌道偏離到一定程度時,該衛星就無法正常工作了。

    軌道修正

    所以,地球靜止軌道衛星在執行過程中,需要不時地修正自己的軌道。而要完成這一系列的修正動作,地球靜止軌道衛星就需要消耗一定的燃料。

    一顆地球靜止軌道衛星在上天之前,通常需要攜帶佔據整個衛星三分之二重量的燃料,這些燃料大概能夠滿足該衛星今後十幾年的動力消耗。當燃料耗盡時,這顆衛星就無法正常工作了,“儘管它還活著,但是它已經死了。”

    太空油罐車

    為了解決衛星燃料耗盡的問題,中國科學家才開發了這款“太空油罐車”。

    這款“太空油罐車”,正式的名稱應該叫“補加服務飛行器”,專職從事衛星燃料的“上門補加服務”。它能夠一次性攜帶1300公斤的燃料,而對於一顆“燃料告急”的衛星來說,只需補加50公斤的燃料,就可以延長大約一年的壽命,這與重新發射一顆地球靜止軌道衛星的造價相比,成本降低了百分之三十五。

    “太空油罐車”模擬演示加油服務

    更加神奇的是,這款“太空油罐車”具備“自動駕駛”功能。當它收到燃料短缺的衛星發出的求助訊號後,它就會自動抵達衛星後方,利用導航系統自主跟蹤並接近衛星。

    當距離該衛星最後兩公里時,“太空油罐車”就會在機械臂的配合下,實現與衛星補加口的緊密連線,將燃料輸送給衛星。

    機械臂對接

    同時,這款“太空油罐車”還配有“停靠補加裝置”,我們可以通俗地理解為“智慧加油槍”。

    最後,這款“太空油罐車”功能齊全,針對不同型別的衛星燃料需求,它既可以提供加氣服務,還可以提供加液服務,甚至還能夠提供充電服務。

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