徒手扔出的卫星——从空间站释放小卫星优点多多

作者：兰顺正

首发自：《中国航天报》

近日，美国诺思罗普-格鲁曼公司的“天鹅座”飞船携带3.8吨补给物资抵达国际空间站。在此次送到空间站的货物包括支持数十项科学研究的关键材料，项目包括皮肤衰老研究、肿瘤药物研发、氢传感器改进、电池研究、太空中植物种植等，另外还有将在太空部署的6颗小卫星。据统计，“天鹅座”飞船至今完成的17次货运任务中有11次都携带了小卫星，而这也引发了各界对于空间站发射小卫星技术的关注。

现代小卫星包括小卫星、微小卫星、纳卫星和皮卫星，一般定义100～500 千克的卫星为小卫星，低于100千克的为微小卫星，更小的为纳卫星和皮卫星。目前，随着航天技术的发展，小卫星逐渐凭借着低成本、小型化等优点已成为空间系统的重要组成，在诸多领域得到了应用，许多国家或组织均提出了大量基于小卫星星座的实施计划。

在发射方式上，小卫星一般采用主任务发射与搭载发射。当卫星充当主任务发射时，其需要的轨道要求等指标成为任务目标指标，可以很好地保障其试验或应用的部署条件，不过由于是“量身定做”，所以对应的发射服务费用自然不菲。当卫星进行搭载发射时，其轨道指标只能依从于主任务，无法获得较好的应用部署条件，但因为是“搭便车”，因此发射价格会优惠许多。

不过，还有一部分小卫星是通过搭载货运飞船进入国际空间站，再从国际空间站上释放，虽然这样做对小卫星的轨道限制更严格，但是也有其独特的优势。

首先空间站在运营过程中定期需要货运飞船提供补给，利用这种“固定航班”运输小卫星可以充分发挥飞船的剩余运载力。同时相比搭载火箭（尤其是“顺风车模式”）的方式进入太空，从空间站发射小卫星可以更为自由的选择最佳发射时机，而不受到“主要乘客”——其他大型卫星发射时机的约束。

其次，通过火箭直接发射卫星，意味着卫星将经历发射期间的巨大震动，因此在卫星设计和地面测试期间都必须按此标准执行，成本显然不低。而从空间站部署的卫星在运输过程中会被保存在用缓冲材料填满的容器中，飞行期间经历的振动水平要低于用火箭直接发射时所经历的振动水平，因此对其抗震性能的要求也就降低了。

第三，通过火箭部署的卫星一旦发射出去，就可谓是“听天由命”了，它们在经历了发射振动等一系列考验后，是否仍能保持良好的工作状态是存疑的。而从空间站部署的卫星在上天后，航天员仍可以在其离开空间站之前对硬件进行质量检查，确保小卫星在旅途中没有被损坏，也就是仍有机会在卫星部署之前实施人为的干预，这样就多了一层保险。

以上这些都有助于降低小卫星的开发成本，加快新技术研发，一些大学、公司和其他非传统空间的用户也能够担负得起让小卫星进入空间的费用。

目前，从空间站发射小卫星主要有两种方式。

一种是由航天员亲手扔出去。如2005年3月28日国际空间站上的两名美俄宇航员在出舱太空行走时，俄罗斯宇航员沙利波夫就用手将一颗由俄方研制的重量为5千克的球形卫星“如同抛出一个棒球一样”抛出。这颗卫星被投向与空间站运动方向相反的位置，投放后处于比空间站低一些的轨道上，以免它与空间站碰撞。

第二种则是使用机械臂从空间站送入轨道。以国际空间站上日本的“希望”号舱段为例，该舱段是日本首个太空实验舱，也是国际空间站中唯一既配备气闸又配备机械臂的舱段，可用其释放超小卫星。其释放过程是：在完成对卫星的最后检查后，工作人员将小卫星安装在小卫星轨道部署器（Small Satellite Orbital Deployer，由JAXA开发的供小卫星使用的发射系统）上，然后再装到“希望”号的气闸工作台上。随后气闸舱对内密封后其对外舱门打开，让气闸工作台滑出空间站，机器人机械臂系统(JEMRMS)靠近气闸工作台并抓住卫星部署器。接下来JEMRMS保持特定的姿态，瞄准卫星的轨道，最后操作人员向部署器发送指令，释放卫星。通过这种方法，在2012年10月日本从国际空间站成功释放了5颗小型卫星。

另外，中国的神舟7号飞船在飞行过程中也通过机械方式释放了一颗伴飞小卫星，在释放时航天员用手动方式启动舱内相应装置，释放位于飞船前端的小卫星。据介绍，释放装置可以控制小卫星的释放速度，当到达一定速度后，通过火工品来解锁，脱离船体。

综合来看，虽然目前由于俄罗斯与西方的交恶导致国际空间站的前途未卜，但是通过空间站来部署小卫星的做法仍然大有用武之地，因为其他航天大国的空间站项目正在稳步推进中。如在2022年中国载人航天空间站工程将进入空间站建造阶段，届时会完成问天实验舱、梦天实验舱、神舟载人飞船和天舟货运飞船等6次重大任务，全面建成空间站；而由美国主导的、为重返月球准备的“深空门户”空间站也在准备中，按计划将在2024年进入绕月轨道。因此未来将会有更多的小卫星通过空间站进入轨道。