中国“太空巴士”有望捕获拖拽非合作目标卫星

卫星捕获卫星模拟图（资料图）

11月11日，第十届中国航展在珠海隆重开幕，此次航展中国航天科技集团上海航天技术研究院展出了其最新研制的“多星发射上面级”，可以执行中低轨道的多星异轨部署及星座组网补网部署任务，在轨飞行48小时，主发动机具有20次以上的重复启动能力，最多可一次性实现大于10颗卫星的发射。

“上面级”是一种介于有效载荷与基础级运载火箭之间的具有自主轨道机动能力的新型运输工具。由于可以自主地将不同载荷运送到不同轨道，因此被形象地称为“太空巴士”。据介绍，未来我国还将进一步研究利用上面级清理空间废旧卫星的作用，能载着废弃卫星一起飞向“坟墓”轨道，腾出有价值的轨道空间，减少对其他航天器的影响和威胁。这里所说的“废旧卫星”，主要指的是位于地球静止轨道上的卫星，执行清理任务的飞行器称为“碎片清除飞行器”。

地球静止轨道是人类宝贵的空间资源，其间运行着众多通信、中继等高价值卫星。目前地球静止轨道上运行着约450颗卫星，而随着航天技术的不断发展，静止轨道将变得越来越拥挤;另一方面，静止轨道空间碎片有1200多个，主要包括运载火箭末子级或上面级、废弃卫星、卫星分离物及卫星爆炸或碰撞后产生的碎片，这些空间碎片占据了宝贵的轨道资源，不仅造成了资源浪费，而且严重影响在轨卫星的生存，对空间碎片进行在轨清除成为空间技术发展的重要趋势之一，美国、俄罗斯、欧洲和日本都已开展相关技术研究。

为什么要采用上面级来清理空间废旧卫星呢？就航天专家介绍，这主要是因为上面级具有较强的轨道机动能力，能够为重达几吨的卫星提供足够的速度增量。而为了实现对非合作目标卫星的识别、“捕获”和拖拽，采用上面级改装的空间碎片清除飞行器还需要具有以下能力：

自主运行管理能力。为使碎片清除飞行器能够清除静止轨道上全区域的废弃卫星，降低地面操作成本，提升碎片清除的经济效益，飞行器需要具有自主运行管理能力，主要包括自主任务规划与管理和自主导航与控制能力，能够实现地面对任务指令的一次注入，飞行器自主完成对指定区域多个目标的清除工作。

携带组合式推进系统。由于时间约束性不强，为减轻质量，提升碎片清除能力，提高任务经济效益，碎片清除飞行器携带“电推进+液体双组元推进”组合式推进系统。在地球同步转移轨道段由电推进系统完成;静止轨道碎片清除任务由液体双组元推进系统完成，以提升清除过程中的姿态和轨道控制能力，并缩短碎片清除时间，尽快为后续卫星提供轨位。

承载能力。碎片清除飞行器需要完成地球同步轨道转移、静止轨道碎片清除等机动，携带推进剂量大，同时需要完成对大型卫星的拖拽控制，并安装多个抓捕装置，需要具有较强的承载能力。

防撞能力。在对废弃卫星交会、抓捕和拖拽过程中，碎片清除飞行器需要避免与目标发生碰撞，始终监测与目标之间的距离，必要时采取规避措施。

假设每颗废弃卫星重3吨，碎片清除飞行器平均每次任务的速度增量约80m/s，耗费燃料约160kg。考虑工程余量，携带1500kg常规化学推进剂能够实现对6颗静止轨道废弃卫星的清除。俄罗斯能源火箭航天公司总裁维塔利·洛波预计，每清理静止轨道一颗废弃卫星可以赚2000万~5000万美元，清除6颗静止轨道废弃卫星可以赚1亿~3亿美元。可见，太空垃圾清扫服务是钱途无量的。