近日，美国诺·格公司研制的任务拓展飞行器MEV-1，与国际通信卫星公司运行在地球静止轨道的Intelsat-901卫星成功分离，完成为期5年的在轨延寿服务。这是全球首例卫星延寿任务。在此次任务中，卫星延寿是如何实现的？给静地轨道卫星延寿有哪些难点呢？

给卫星加“外挂”

2019年10月，MEV-1成功发射升空。它采用静地星卫星平台，重2.3吨，设计寿命15年。MEV-1不能直接为其他卫星补加推进剂，它采取可靠、低风险的对接系统连接客户卫星，作为轨道维持模块，为客户卫星提供在轨维护和姿态控制功能，以延长卫星的工作寿命。

MEV-1的服务对象Intelsat-901卫星，曾于2019年12月因推进剂耗尽停止工作。但卫星的其他功能系统一切正常，延寿操作具有较高的商业价值。

出于安全考虑，尤其是避免在地球静止轨道进行复杂操作可能引发的风险，延寿任务选在工作轨道上方约300公里的墓地轨道进行。与火箭分离后，MEV-1利用全电推模块，进入地球同步转移轨道，与此同时，Intelsat-901卫星利用剩余燃料，抬升轨道进入墓地轨道。

2022年2月，两星在墓地轨道会合，MEV-1基于星载照明与视觉系统抵近目标，在距离约1米时接收地面控制系统指令和授权，自主完成最终的抵近和对接操作。

在对接过程中，MEV-1将一个探头插入客户卫星的远地点发动机喷管，识别并抓住客户卫星上用于与火箭连接的星箭对接环，完成与目标的可靠连接。这套操作可适用于80%的地球静止轨道卫星。工程师们开展在轨测试后，控制MEV-1的电推力器，将卫星组合体重新定点到新轨位，为北美、非洲和欧洲提供5年期延长通信服务。

如今，5年服务期结束，卫星组合体再次抬升轨道至墓地轨道，并进行分离。之后，MEV-1将在剩余寿命期内开始下一次服务计划。

据测算，MEV-1的发射成本约1.5亿美元，新发射一颗通信卫星需要4亿美元，Intelsat-901延寿5年节省了大量运营成本。目前，诺·格公司发射的第二颗任务拓展飞行器MEV-2，正在为Intelsat 10-02卫星提供延寿服务，还有多家客户正排队等候在轨服务。

卫星延寿“拦路虎”

地球静止轨道中运行着众多高价值、高成本卫星，支撑全球通信、导航、气象观测等关键任务，这些卫星通常因推进剂耗尽而退役。长期以来，各国针对卫星延寿开展了大量研究与实验工作。

为地球静止轨道卫星延寿面临很多技术难题。首先是轨道机动风险高。地球静止轨道卫星分布密集，飞行速度约3.07公里/秒，任务期间很可能在接近和交会过程中发生碰撞，或者在对接过程中损坏系统。

其次是对接精度要求高。目标卫星通常未预留对接接口，因此任务拓展飞行器要把探针伸进卫星发动机喷口里进行对接，这往往需要实现毫米级定位误差控制。在近距离操作中，不准确的制导、导航和控制可能导致卫星损坏。在主动接近过程中，若目标卫星翻滚，定位难度会增加，任务拓展飞行器必须与目标卫星的旋转速率相匹配。

最后是自主性控制要求高。在通信延迟和高速运动条件下，任务拓展飞行器难以通过地面远程控制实施精细操作，需要其自主完成接近、检测、对接等一系列操作，克服信号延迟、太空环境扰动等挑战。

任务拓展飞行器成功为卫星延寿，标志着在轨服务应用正在迈入新阶段，卫星有望从“一次性工具”向“可持续资产”转变。未来，在轨服务具有卫星接管延寿、燃料加注、故障维修、模块更换、功能升级、在轨组装与建造等广阔应用前景，随着这种服务模式不断成熟，航天系统设计理念或将彻底改变，推动人类从“探索太空”迈向“经营太空”的新纪元。

来源/《中国航天报·飞天科普周刊》，原标题《卫星大限将至怎么办？“黑科技”来“续命”》

文/杨诗瑞

编辑/胡蓝月