随着航天技术的飞速发展,空间飞行器的结构、组成日趋复杂,性能、技术水平不断提高,在这种情况下,保证空间飞行器在复杂的空间环境中更加持久、稳定的在轨运行,已成为目前空间技术领域亟待解决的重要问题。
空间在轨服务
空间在轨服务(On—Orbit Servicing,简称OOS)逐渐成为航天领域的研究热点。空间在轨服务即指在太空中通过人、机器人(或类机器人卫星)或两者协同来完成涉及延长卫星、平台、空间站附属舱和空间运载器寿命和能力的空间装配、维护和服务(Space Assembly,Main—tenance and Servicing,简称SAMS)任务。
在轨服务技术的发展
自20世纪60年代早期提出概念,在轨服务技术迄今已经历四十多年的发展历程,并取得了丰硕的成果。
1、有人在轨服务
有人参与或主导的空间在轨服务技术的研究与实践已有数十年历史。1965年3月,苏联航天员列昂诺夫完成了人类第一次舱外活动(EVA)。1973年,美国航天员在舱外活动中成功维修了“天空实验室”(Skylab)上未能正常展开的太阳电池翼,由此开创了航天员在舱外进行在轨服务作业的历史,并充分证明了有人在轨服务的应用价值。从20世纪90年代至今,空间在轨服务技术得到了更广泛的应用,以美国、俄罗斯为代表的有人在轨服务技术已趋于成熟。
2、自主在轨服务
近年来人工智能、机器人等新兴技术飞速发展,为自主在轨服务提供了良好的基础。美国是自主在轨服务的先行者,NASA和美国国防高级研究计划局(DARPA)都很重视自主在轨服务能力开发。欧洲国家中,德国对在轨服务的研究由来已久,技术水平很高,正在将服务范围从低轨扩展到高轨。空间机器人是加拿大开展航天活动的支柱之一,加拿大研制并建造的几代空间机械臂系统及与美国合作开展的机器人燃料加注计划都是瞄准在轨服务的应用领域。日本的大型空间机械臂研制水平接近加拿大,通过开展一系列试验任务,初步掌握了在轨服务关键技术。
在轨服务的应用
● 在轨延寿
在轨卫星资产不断增加,失效卫星退役也更加频繁,在轨延寿包括在卫星寿命到期后通过接管轨道维护和姿态控制功能来延长其使用寿命,以及加注燃料来恢复推进剂的储备等服务,一般延长高轨通信卫星寿命3-5年。
● 在轨装配
通过分批次发送部件入轨,在空间中将不同部件连接起来构建成一个复杂空间结构的航天器。
● 在轨维修
当在轨卫星发生故障时,通过在轨维修和在轨升级,使空间系统可重构,减低经济损失。
● 离轨服务
目前空间碎片数量庞大,空间碰撞的概率非常大,轨道资源越来越稀缺,通过“离轨任务”对失效卫星和空间碎片进行离轨、移除等处理。
在轨服务的支撑技术——数字孪生
世冠自主研发的工业软件GCAir已成功应用于某型数字卫星的仿真分析项目中,通过建立数字卫星的数字孪生体,实现了对在轨卫星的故障分析和故障推演工作,并且能够快速构建轨道任务评估系统,实现了在地面预演卫星轨道作战任务,并在真实任务中提供实时支持。
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