发射一颗通讯卫星的总体造价通常高达2.5亿美元。但高昂的代价所换取的卫星,不仅其使用年限只有10余年,而且还可能由于发射故障而未进入预定轨道。由此,“轨道寿命延长器”应运而生——
轨道寿命延长飞行器,英文为“Cone Xpress”,它的作用类似“拖船”,所以,也被称作“太空拖船”。它为燃料耗尽的通讯卫星提供动力、导航和制导,使后者处在原来的轨道上,以延长通讯卫星的运营寿命。
选准“钩点”让卫星“听话”
据“今日航天”网站介绍,早在2002年9月,“轨道恢复公司”就在巴黎卫星融资世界峰会上,向电信运营商、卫星制造商、保险商和航天工业承包商们展示了正在研制中的“SLES” —— 地球同步航天器寿命延长系统,其主要目的是延长通信卫星的使用寿命。
该系统被发射之后,将从卫星下方逐步接近卫星,进行对接。其过程是这样的：系统用一个专用对接装置 —— 抓钩,将已经偏离工作轨道的卫星与它的一个主要发动机 —— 远地点启动发动机相连接。
远地点启动发动机是几乎每一个通讯卫星都具备的装置,它既是动力装置,又发挥固定卫星位置的作用。它在卫星上的位置及构造,不仅为“SLES”提供了一个既结实、又容易进入的联接点,又使系统能够准确地位于卫星的重力中心。这一过程是在地面控制人员的监控下自动进行的。然后,系统就可以启动离子推进引擎,缓慢地将卫星移到另一个位置。
离子推进系统：让卫星“就范”的动力
太空拖船的主要构成部分是航天器控制、管理电子系统和离子推进系统,后果是修正卫星轨道的动力。
为“太空拖船”提供技术支撑的欧洲航天局的专家介绍,与传统的航天器化学燃料发动机不同,离子发动机的工作原理是：通过电子轰击气态原子从而产生离子。这些离子经电压加速,形成高速喷射离子流,从而为飞行器提供动力。
离子发动机有两大优点,一是离子流所提供的推进动力较为稳定；二是它利用燃料的效率比普通化学燃料发动机高10倍,因此这种新型发动机所需燃料不多,使得装备它的航天器有更多的空间装载其他装备,或者它可使航天器携带更多的燃料,加长飞行时间。但是,这种发动机的缺点是动力不够强劲。然而,小推力的优势是可以精确控制飞行器的飞行状态,所以目前这种发动机主要安装在一些卫星上作为辅助和备用,供卫星调整飞行姿态和轨道用。
未来星际旅行的动力：新型离子发动机
为了满足人们探索太空的愿望,美、欧还在研究新型离子发动机,以进一步提高这种发动机的推力,增加发动机工作时间。
美国人采用微波与自转磁体的组合方法生成氙离子流,同时采用微波技术避免高速离子以及电子源之间发生接触,大量削减离子发动机所受到的磨损,由此他们研制成功高能量离子发动机推动系统。
欧洲人则花了几十年的时间,一直在研制太阳能离子发动机,后者可将太阳能转化为电能,再通过电能电离惰性气体原子,喷射出高速氙离子流,为探测器提供主要动力。这种发动机主要利用太阳能为动力,因此在宇宙无重力状况下能够连续运转几年,正因为如此,太阳能离子发动机一旦测试成功,将有望成为未来星际旅行的主要动力装置之一。
太空拖船市场前景看好？
1992年,当“轨道恢复公司”在巴黎卫星融资世界峰会上首次推出它的“航天器寿命延长系统”(SLES)概念时,英国“Surrey”卫星公司的总工程师马克斯·梅尔曼曾对此计划提出质疑。他认为,将太空拖船与卫星系在一起,是一件非常危险的事,因为大部分卫星在设计时并未考虑到用这种方式进行操纵,任何一个微小的失误,都会导致行动的失败。他的结论是,救援性航天器的发射风险并不小,而事情如果没有完全按照计划准确实施,计划的耗资会比发射一颗新卫星更大。
但是,“轨道恢复公司”认为,他们对太空拖船的设计理念,使后者具有低成本性：一方面,拖船使用经过飞行验证的成品硬件以及软件,以确保低成本和高可靠性；另一方面,它可以作为大型商业运载火箭的次有效载荷发射,也可以作为成本较低的运载火箭的主有效载荷发射,因此发射成本很低。
虽然至今为止该公司尚未获得过有关对偏离轨道的卫星进行救援的合同,但公司的发言人在柏林航展上表示,他们不愁没有客户：“未来10到20年里,至少会有50颗卫星是‘候选者’。”
一家专门从事卫星领域咨询事务的公司 —— “Euro Consult”公司的高级分析师雷切尔·维丽安向“新科学家”杂志的记者表示,太空拖船的构思十分新颖而有价值。对于卫星发射公司,是将这种任务的成本和风险与发射一颗新卫星的成本和风险进行仔细的比较,“这涉及的是经济学问题。”她还认为,“轨道恢复公司”有必要在潜在的客户同意使用太空拖船以前,证明拖船性能的可靠性。
太空拖船能否拯救哈勃望远镜？
1990年上天的“哈勃”望远镜,是天文学界“皇冠上的明珠”,它证明了黑洞的存在,推算出宇宙年龄约为130亿至140亿年,拍摄到了宇宙早期星系的图片,并且发现了加速宇宙扩张速度的神秘力量。但是,现在它的回旋装置出现了故障,电池也需要更换,否则难以为继。今年1月,受“哥伦比亚”航天飞机灾难的影响,美国宇航局决定取消了原定于2006年进行的对哈勃望远镜进行维护的航天计划,理由是保护宇航员安全 —— “哈勃”与国际空间站所处轨道不同,宇航员如果在“哈勃”上遇到危险,不可能回到国际空间站。
去年8月,“轨道恢复公司”曾经提出,计算表明,他们的太空飞船,可将哈勃望远镜推到更高的地球轨道上长期保存起来,或者将哈勃太空望远镜拖到国际空间站(ISS)附近,一旦“哈勃”有问题,宇航员可以乘坐航天飞机到国际空间站对它进行紧急处理。现在的问题是,哈勃望远镜也许坚持不到2007年了。
■原始新闻
5月12日,英国的“轨道恢复公司”与欧洲“阿里亚娜”空间公司在柏林航空展上签订了关于发射“太空拖船”的合同。按计划,第一艘“太空拖船”将于2007年由“阿里亚娜—五型”火箭送上太空,2008年还将有四艘“太空拖船”进入轨道。
