中国试验“太空加油机”：紧跟国际空间技术前沿

（原标题：技术派｜中国试验“太空加油机”，紧跟国际空间技术前沿）

澎湃防务特约撰稿 谢瑞强

长征7号运载火箭发射。 澎湃新闻记者 赵昀 图

在轨加注技术通俗地讲就是“太空加油”，但是受空间条件所限，在轨加注存在特有的技术风险与成本制约。此次在轨加注实验装置的发射表明，中国正在紧跟在轨服务这一前沿的空间技术，以提高空间在轨服务能力。

卫星为何需要“太空加油”？

卫星的服役寿命取决于多种因素,但往往主要取决于动力因素。卫星的动力主要来源于两个方面，一是自身从地球携带的燃料，二是太阳能电池板。虽然航天器一般都安装着太阳能帆板电池，但由于要长期在轨运行，卫星还是需要消耗燃料来进行轨道维持、误差修正、调整姿态以及应急变轨等“动作”。

当前，随着技术的不断成熟，卫星自身元器件的可靠性等综合性能已经达到一个相当的高度，燃料就成为影响卫星服役寿命的重要瓶颈。 一般情况下，卫星、空间站等航天器被发射到轨道上，燃料耗尽或发生故障后就会被弃用。许多被弃用的卫星本身其实功能完好，但它们的命运已经注定，只能一圈圈地在轨道上运行，直到脱离轨道坠入大气层，或者与其他航天器相撞成为太空垃圾，最终“ 油尽灯枯”。 因此，科研人员试图通过研发轨道燃料加注的相关技术，以在未来对燃料耗尽的卫星进行补给，延长大量高价值的卫星、空间站等航天器的飞行寿命，提高效费比。

此外，在轨加注服务还能够显著提升空间探测能力，减少运载器规模，降低任务成本，从而推动人类实现载人探火星、载人探小行星等载人深空探测梦想。

最早应用在轨加注技术的国家是苏联和美国。1978年，苏联“礼炮六号”空间站首次实现了在轨加注，目前，国际空间站已经成功进行多次在轨加注工作。 以往，在轨加注技术的主要对象是空间站等大型航天器，近年来，针对尺寸相对较小的航天器――卫星进行的在轨加注开始成为各国研究的热点。 目前，美国通过“轨道快车”等计划进行了不少在轨加注实验，其在轨加注技术走在世界先进前列。

中国 急 需在轨加注能力

中国对在轨加注也具有迫切需求，无论是未来空间站建设，还是卫星延寿，都需要在轨加注技术的支撑。

按计划，从2018年起，中国将陆续发射空间站的核心舱和实验舱，2020年左右建成空间站，而空间站正常运行的条件之一就是掌握在轨加注技术（有人在轨加注技术）。不止如此，到2020年左右，中国在轨卫星数量将达到200颗左右，提升这些卫星的效益也需要掌握在轨加注技术（无人在轨加注技术）。然后在此基础上，中国还可以适时研究在轨加注站技术，推动中国载人深空探测计划的实施。

此次发射在轨加注实验装置是中国首次空间在轨加注试验，相较于以往相关单位开展的关于在轨加注的理论研究、仿真分析和试验研究，可以说这次试验向实际应用前进了一大步。通过此次在轨加注试验，可以对空间推进剂流量及质量测量、加注对接接口、流体传输、推进剂管理、空间精细化自主操作等方面开展试验研究，探索和积累相关技术。

在轨加注技术具有广泛应用前景，对于人类大规模、常态化的空间探索活动具有深远影响，能够为空间探索模式提供更多的选择，对于降低航天运输成本和任务风险、增强空间飞行器的任务适应性、延长空间飞行器的寿命都具有重要的作用。目前，美国在该领域相对领先，中国应加大研究投入，尽早掌握在轨加注技术。

技术与成本之间矛盾

一颗卫星的造价动辄数亿美元，有的甚至更高，如果能够在太空为其补加燃料，延长寿命，带来的经济效益将十分可观。但问题是，以人类现在的技术条件和成本控制，给在轨运行的卫星补加燃料的成本，不见得比重新发射一颗卫星低多少。

此外，现在的卫星设计多以一次性使用为前提，实施补加燃料的可行性不大。今后发射的卫星如果需要进行在轨补加燃料，在设计之初就需要安装一套较为复杂的加注系统，但这又会占用一定的卫星有效载荷。

而且，在轨补加燃料还要面临交会对接以及加注过程中存在的风险，一旦发生意外，损失也将是不可估量的。尽管从技术层面上说，人类目前已经掌握的交会对接、空间机械臂等技术，能够支持我们完成太空加油的任务。但是，航天活动一直是一项高风险活动，其风险控制方面还有待加强，尤其是加注过程中容易发生的燃料泄漏等危险，不仅会导致加注失败，甚至还会导致卫星失效。

不过，虽然在轨加注目前看上去存在一些困难，但其未来多方面的应用价值是可以预见的。除了给卫星延寿外，卫星在轨燃料加注技术还将推动先进的自动交会对接系统、机械臂等捕获装置的研发，而后者在未来可以为行星防御、大型轨道结构的安装等进行服务。此外，在轨燃料加注技术一旦被广泛采用，将会对后续卫星、飞船等航天器的设计理念有所突破，太空开发的成本也将有效降低，同时还能有效减少太空垃圾的数量。