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美军研究卫星零件回收技术 在太空组装新卫星

发布时间:2019-01-17 14:27 作者:澳门现金网_澳门现

  资料图:美国“宇宙神5”火箭正在搭载MUOS-1卫星,卫星的天线必须能塞进火箭整流罩,是一个非常占空间的原件,而且寿命比卫星本身要长,抛弃整个卫星是一种资源浪费

  据美国aviationweek网站2012年8月20日报道 地球静止轨道卫星耗资数十亿美元建造、发射,有朝一日却又失去,五角大楼的研究者们已经启动了一个项目,通过重新利用在轨退役航天器的零部件,削减成本、降低风险。

  国防预先研究计划局(DARPA)已经为其“凤凰”项目组建一支工业团队,演示验证从报废卫星上抢救、再利用零部件(如天线)的技术。美国海军研究实验室是系统集成者,在轨试验预计在2015-2016年进行。

  德雷帕实验室的空间系统主管西姆斯图伊说,其方案是从一颗合作性运行的退役卫星上搜寻到大型天线,置于地球同步轨道内,并在其周围构造其他卫星功能。

  大型天线决定卫星尺寸,进而决定了火箭,因为(天线)在发射时折几折是有限度的。一般来讲是3:1。最大的运载火箭能力也是有限的,限制了可部署的孔径的最大尺寸卫星其他部分可以非常小。凤凰就是瞄准了卫星成本的驱动因素孔径并且对其进行最初目的之外的再利用。

  在凤凰概念中,有效载荷在轨交付系统(PODS)包括小型卫星积木(satlets),执行卫星的其他功能,卫星将作为搭乘有效载荷发射。PODS抵达轨道后,带有机械臂的照料航天器会将其捕获,在其前往静地轨道卫星的坟墓轨道之前,将其存放在内部工具带上。

  每一个卫星积木都呈现通用形状,适用于同样形状的有效载荷发射器和工具带。不过它们的功能各不相同。在坟墓轨道,照料航天器将与退役航天器交会,并利用机械臂将PODS内存放的卫星积木与老旧天线的背部连接,集成新卫星的功能。然后,机械臂放开已与卫星积木连接的天线,照料航天器将这个集成完的卫星带到静止轨道内新的运行地点。

  按照凤凰计划,ATK公司将改装现有的卫星平台,在2014年向海军研究实验室交付航天器,进行集成和试验。预计有能力支持机器人交会与靠近操作,以及捕获与维修演示验证,时间是至少一年。

  ATK公司还与马里兰大学的空间系统实验室合作,开发机器人维修工具,软件,实现报废卫星天线及其他有效零部件的再利用。部分工作将充分利用维维卫星公司正在开发的技术。维维卫星公司是ATK 与美国航天公司的合资企业,正在致力于自由飞行卫星的任务延长飞行器(MEV)的研究,用于扩展已耗尽位置保持推进剂的卫星服务寿命。任务延长飞行器旨在用机器人与报废卫星对接,将设备探入航天器发动机的喉咙,然后锁定。

  劳拉太空系统公司将研究多大的卫星可以作为商业航天器的寄宿有效载荷进入地球同步轨道内。通信卫星运营商Intelsat将研究寄宿有效载荷的接口。NovaWurks公司将设计PODS。

  Pasedena公司将研发一个机械臂,用在ATK研发的照料航天器上。其基础是为DARPA“前端机器人使能近期演示验证”(FREND)项目开发的七自由度灵巧机械臂。蜂蜜机器人航天器机械公司将研发两种新型遥控机器人末端执行器。Energid技术公司为将提供机器臂的控制与仿真软件。Altius太空机械公司将建造可展开吊杆,用于照料航天器上。NASA的喷气推进实验室将提供一种粘合垫,称为“壁虎-粘力器”(Gecko- Gripper)。

  极光飞行科学公司负责卫星积木的设计和集成,并试验样机。麻省理工将提供控制设计经验和微推进器技术,使卫星积木能对准天线。喷气推进实验室负责软件开发与测试。

  DARPA将结合利用硬件和软件,对重组卫星进行姿态测定与控制。图伊说,它可以包括不止一个卫星积木,“我们首先关注软件,利用为国际太空站研发的技术,优化对卫星的控制。”这种零推力剂机动技术利用太阳能电池帆板的大气阻力差,使国际太空站机动。

  项目第一阶段为期18个月,DARPA将对姿态测定与控制系统结构进行初步设计,该结构将决定恒星跟踪仪、推力器及其他将置于卫星积木上的设备如何运转。一个关键目标是更好地利用机动来控制飞行器,而不是利用推进器。

  根本上看,就是优化机动控制。利用卫星积木与天线对接的一个局限是,要利用推进器控制姿态并抵消推进力。这就限制了重组卫星的寿命。机动控制优化得越好,卫星的寿命越长。

  在地球静止轨道,作用在卫星上的主要外部力矩是太阳风。我们不想与之对抗或共存,而是要利用它进行控制。不同于以往采用的从A到B的最短距离,而是定义一种途径,让机动总力最小化,这样无需再对其进行抵消了。

  DARPA还致力于分散控制。卫星积木在天线背部的位置不是预设的。需要自动表征卫星,在更多卫星积木增加后,其质量也增加了。这就需要了解集合航天器如何机动,就像为国际空间站增加或拆除设备时所做的。

  这次DARPA没有邀请大型系统集成商领导的团建参加竞标,而是为凤凰项目各个要素分别选择了公司,然后组成一支团队,由海军实验室统一领导。DARPA不是选择一个“最好的团队”,而是选择最好的供应商,由DARPA择优组成团队。(中国航天系统科学与工程研究院 许红英 侯丹)

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