美国机器人在轨机动后勤技术能力进展

导读：美国科学界、工业界和美国政府一直在对ISAM技术进行投资，在使用ISAM技术，特别是对客户卫星进行服务成为可行的运营能力方面，已经达到了一些重要的里程碑。本文概述了在这一研究背景下推进ISAM能力的主要项目。

综合观察美国的太空能力建设和实战应用可以看到，混合空间体系架构的概念将很快开始主导美国国防部设计、部署和获取卫星星座。在过去的十年中，由于小型卫星的生产和发射成本直线下降，由数百甚至数千颗卫星组成的星座在经济上已经变得可行。与此同时，一类被称为空间服务、组装和制造(ISAM)新兴能力，作为一种向轨道卫星提供后勤支持的方法，也已经获得了关注。

已经进行的和正在进行中的ISAM技术开发计划包括：

Mission Extension Vehicle(MEV)

2016年，ATK轨道科学公司(现诺格)和Intelsat签署了一项协议，为ATK轨道科学公司的MEV提供服务任务，为地球同步轨道上的Intelsat901提供站保持扩展能力。MEV-2于2020年4月与Intelsat901对接，延长了该卫星5年的任务寿命，几乎是其任务设计寿命的两倍。在2021年4月，MEV-2与Intelsat10-02对接，提供了5年的任务寿命，然后将它转移到墓地轨道。这些通信卫星受限于位置保持燃料的数量，MEV通过连接到远地点反冲发动机喷嘴而将其自身连接到客户卫星上，从而提供了寿命延长能力。

Orbital Express

Orbital Express是一个DARPA项目，目标是验证机器人自主在轨加油和卫星重新配置的技术可行性，并于2017年6月29日获得成功。这次任务展示了ASTRO(服务卫星)和NextSat(模拟用户卫星)的成功会合和对接。

OSAM-1

OSAM-1号之前被称为RESTOR-L，是NASA的机器人航天器，装备用于延长航天器的寿命(即使航天器不是设计用于在轨道上维修的)。系统将与一颗卫星会合、抓取、补给燃料并重新定位。目前该项目在NASA戈达德航天中心进行测试。

RSGS

DARPA的这个项目名为“地球同步卫星的机器人维修(RSGS)”，其目标是建立一种操作灵活的机器人能力来维修地球同步轨道(GEO)上的卫星，延长卫星寿命，增强弹性，并提高当前美国空间基础设施的可靠性。RSGS将于2024年发射，其商业模式是以固定价格为政府卫星提供服务。在2024年发射后，RSGS将需要大约9个月的时间到达地球同步轨道，该计划预计在2025年中期开始服务于卫星。

Astroscale

日本公司Astroscale开发了一个名为ELSA-d的航天器寿命终止服务演示。2021年，该任务展示了利用磁性捕获客户端卫星的能力。ELSA-d演示由两颗航天器组成：一枚服务卫星(约175千克)和一枚模拟客户卫星(约17千克)。该服务卫星的研制是为了安全地从轨道上清除碎片物体，该卫星配备了邻近会合技术和磁性对接机构。模拟客户卫星是一块碎片，上面装有铁磁板，可以与服务卫星进行对接。目前，Astroscale公司又推出了ESLA-M多功能航天器，计划于2024年发射升空进行技术演示，处理一颗不再运行的一网公司卫星。

Mission Robotic Vehicle(MRV)

MRV是诺斯罗普·格鲁曼公司MEV的后续航天器，计划在2024年发射。目标是提供在轨增强检查和修复能力，以及安装任务扩展舱(MEP)。通过增加机器人操作器，扩大了MEV的优势。

Rapidly Attachable Fluid Transfer Interface(RAFTI)

该项技术由OrbitFab开发。虽然不是特定的服务任务运载工具，但这种能力已经在美空军战略基金计划中进行了大量投资。这项技术将被整合到美国国防部新的航天资产中，为未来的加注任务提供通用接口。

Space ROS

2022年，蓝色起源公司参与开发一个叫做太空机器人操作系统(Space ROS)的开源太空机器人软件包。这一开发的目的是简化在太空操作机器人的验证和确认。

上述通过一系列的能力，ISAM可以实现新的任务模式，并延长航天器的寿命。所提供的太空服务包括航天器维修、加油、挪移和改装等活动，也包括组装和制造，比如包括3D打印和在太空组装部件等能力。这些能力合在一起，可以实现更可持续、更强健和更持久的空间生态系统。

未来发展

尽管美国政府、行业以及科学界几十年来一直在投资机器人ISAM技术，但是现代卫星在设计和制造时仍然很少考虑到抓钩、加油和其他机器人维修等问题。NASA已经在今年3月成立了一个ISAM联盟，致力于促使ISAM功能成为太空架构和任务生命周期的一部分。未来这类功能极有可能获得更广泛的应用。(北京蓝德信息科技有限公司)