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太空油轮



MUOS 5卫星的故事被困在通往目标轨道的路上，这引发了人们对使用其他特殊卫星在轨道上加油的可能性提出质疑。让我们看看物理学在何处以及如何为卫星加油，它们为谁加油了40年，还有（以及不仅）已经计划了什么空间加油项目。

一点物理


为了了解谁在哪里加油，我们首先来看一下制造加油卫星的任务有多困难。逻辑上假设这样的加油机必须在目标卫星之间移动并随后为它们加油。并且在这种情况下出现了燃料消耗的问题。



在低轨道上，卫星以明显的混沌飞行，为了从一颗卫星移动到另一颗卫星，必须同时改变轨道的高度和倾斜度。现在有了不错的在线资源，您可以自己了解不同卫星的轨道有何不同：
  • 此处显示设备的轨道。
  • 这是相对于旋转地球的轨迹。

例如，如果您更改轨道的高度相对便宜，则可以通过根据公式



仅花费115 m / s 来从200x200 km爬升400x400 ，那么随着倾斜度的改变，一切都将非常可悲。对于圆形轨道，45°的倾角变化将使我们花费



11 km / s 的公式，这比将卫星送入轨道要多。因此：

能够服务多个目标卫星的油轮卫星仅对位于同一平面上的卫星星座有意义。


有这样的团体吗？是的，有。



一架飞机上的8颗卫星位于GPS / GLONASS。在这些飞机上，有时需要操纵卫星来替换故障飞机，但是在20,000 km的高度上没有严重的障碍，也无需花费燃料来维持轨道。对地静止轨道上的所有设备也在同一平面上。这里只是系统的干扰。由于月球的影响，卫星必须不断花费燃料来维持所需的站立点，并且考虑到现代电子组件的可靠性，有时会发生运转中的卫星因燃料耗尽而离开其位置并停止赚钱的情况。

结论：为卫星加油的主要目标是对地静止轨道。

一点历史




稍加思考，但是为太空中的物体加油已经成功使用了40年。的确，不是卫星为它提供燃料，而是轨道站。从“礼炮6号”（于1977年发射升空）开始，苏联/俄罗斯的轨道站开始为“进步号”货船加油。轨道站经常在轨道和机动上花费燃料，以避免空间碎片，因此加油可以延长其寿命。但是，“进步”是作为一次性加油机使用的，无法实现其他目标。对于卫星可以实现类似的目的，但是这里出现的问题是，仅给一个目的加油的经济可行性。

至于卫星加油，这项技术处于个别实验的水平。 2007年，根据轨道快车计划，两颗特别设计的卫星ASTRO和NEXTSat进入了轨道。



在轨道上，ASSTRO与NEXTSat接触并停靠。然后，他将燃料（肼）倒入NEXTSat并更换了特殊的ORU模块，该模块象征着卫星电池。该任务成功完成，有人提议将类似技术用于军事卫星，但此后一直没有有关其使用的信息。



2011年，飞往国际空间站的最后一次穿梭飞行为机器人加油任务提供了一个实验台，该实验台应设计出用于维修和加油的卫星的技术，而这些技术并非专门为此类加油而创建的。因此，支架上有专用工具，可切断电线的固定填充颈并旋松带有垫圈的盖子。这是带有动画和地面测试的视频：



2013年1月，该展台在ISS上成功通过了测试。打开了用于卫星填充地球的标准一次性填充颈，并且填充机械手已成功连接到它们。同年8月，向国际空间站交付了其他设备-带有卫星阀和颈部的新装置，以及用于观察“从内部固定卫星”的管道镜。但是此设备尚未经过测试。

2011年，加拿大公司MacDonald，Dettwiler和Associates宣布为对地静止轨道创建太空基础设施服务卫星，但由于缺乏潜在客户，该项目在2012年被冻结。

一些消息




2016年夏天，美国国家航空航天局宣布创建Restore-L卫星，该卫星必须在2020年代中期对接在极地轨道上的Landsat-7地球遥感卫星（于1999年发射）并为其加油。使用该轨道意味着加油机将是一次性的，但是文件中还提到了对地静止轨道的Restore-G版本。

今年6月底，中国航天局宣布成功在轨卫星加油。 6月25日，Great Voyage-7运载火箭首次发射时，发射了两颗特殊的卫星。此后没有照片或视频出现，因此可以合理地假设实验与Orbital Express类似。



今年春天，有关Orbital与Intelsat在2018年发射任务扩展车（Mission Extension Vehicle）签订合同的消息传出了来，这有望将用尽燃料的卫星的寿命延长五年。有趣的是，从工程学的角度来看，这里的任务将得到不同的解决。 MEV卫星并没有像机器人加油任务所建议的那样用复杂的工具来打扰卫星上的天然气管线，而是将其牢固地锁定在主机上，并将转接环环绕在目标卫星上。结果，MEV不会成为加油机，而是将使用其引擎移动和旋转目标卫星的拖船。该设备很可能是一次性的，但是，从理论上讲，在存在燃料供应和目标故障的情况下，没有人会干扰飞向另一颗卫星的飞行。




对地静止轨道弹道的特殊性意味着有可能进入轨道并放慢一点，进入可能会拜访其他站立点的轨道。如有必要，您可以在所需位置徘徊，稍微分散。可以方便卫星加油机使用此属性，而不必出于无私的利益。就在前几天，已经提到的上述轨道ATK的两颗人造卫星进入了太空。但是GSSAP卫星是由美国国防部委托制造的，将在近距离监视地球静止轨道上的卫星。这是第二对这样的卫星，前两对已经观测了地球静止轨道两年了。他们的演习并没有向公众透露，而且卫星本身太小，以至于业余天文学家都不容易注意到。根据传闻他们拍摄了对地静止轨道上的卫星的精美照片，并且在美国空军最近的新闻发布中，据说最新的一颗卫星将为紧急MUOS 5照相（当它飞过对地静止轨道区域的中心时可能是这样）。不幸的是，要查看这些照片，我们将不得不等待很多年，直到它们被解密为止。

结论


卫星加油技术尚未决定要走的路。也许我们正在等待机器人加油任务风格的加油机，也许会拖拉任务扩展车。经济效益还未知，例如，轨道ATK将卫星维护的经济效益与可重复使用的Musk运载火箭的实验进行了比较。好吧，拭目以待。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN396881/

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