長征7號運載火箭發(fā)射

在軌加注技術(shù)通俗地講就是“太空加油”，但是受空間條件所限，在軌加注存在特有的技術(shù)風(fēng)險與成本制約。此次在軌加注實驗裝置的發(fā)射表明，中國正在緊跟在軌服務(wù)這一前沿的空間技術(shù)，以提高空間在軌服務(wù)能力。

衛(wèi)星為何需要“太空加油”?

衛(wèi)星的服役壽命取決于多種因素,但往往主要取決于動力因素。衛(wèi)星的動力主要來源于兩個方面，一是自身從地球攜帶的燃料，二是太陽能電池板。雖然航天器一般都安裝著太陽能帆板電池，但由于要長期在軌運行，衛(wèi)星還是需要消耗燃料來進行軌道維持、誤差修正、調(diào)整姿態(tài)以及應(yīng)急變軌等“動作”。

當(dāng)前，隨著技術(shù)的不斷成熟，衛(wèi)星自身元器件的可靠性等綜合性能已經(jīng)達到一個相當(dāng)?shù)母叨龋剂暇统蔀橛绊懶l(wèi)星服役壽命的重要瓶頸。一般情況下，衛(wèi)星、空間站等航天器被發(fā)射到軌道上，燃料耗盡或發(fā)生故障后就會被棄用。許多被棄用的衛(wèi)星本身其實功能完好，但它們的命運已經(jīng)注定，只能一圈圈地在軌道上運行，直到脫離軌道墜入大氣層，或者與其他航天器相撞成為太空垃圾，最終“ 油盡燈枯”。因此，科研人員試圖通過研發(fā)軌道燃料加注的相關(guān)技術(shù)，以在未來對燃料耗盡的衛(wèi)星進行補給，延長大量高價值的衛(wèi)星、空間站等航天器的飛行壽命，提高效費比。

此外，在軌加注服務(wù)還能夠顯著提升空間探測能力，減少運載器規(guī)模，降低任務(wù)成本，從而推動人類實現(xiàn)載人探火星、載人探小行星等載人深空探測夢想。

最早應(yīng)用在軌加注技術(shù)的國家是蘇聯(lián)和美國。1978年，蘇聯(lián)“禮炮六號”空間站首次實現(xiàn)了在軌加注，目前，國際空間站已經(jīng)成功進行多次在軌加注工作。以往，在軌加注技術(shù)的主要對象是空間站等大型航天器，近年來，針對尺寸相對較小的航天器——衛(wèi)星進行的在軌加注開始成為各國研究的熱點。目前，美國通過“軌道快車”等計劃進行了不少在軌加注實驗，其在軌加注技術(shù)走在世界先進前列。

中國急需在軌加注能力

中國對在軌加注也具有迫切需求，無論是未來空間站建設(shè)，還是衛(wèi)星延壽，都需要在軌加注技術(shù)的支撐。

按計劃，從2018年起，中國將陸續(xù)發(fā)射空間站的核心艙和實驗艙，2020年左右建成空間站，而空間站正常運行的條件之一就是掌握在軌加注技術(shù)(有人在軌加注技術(shù))。不止如此，到2020年左右，中國在軌衛(wèi)星數(shù)量將達到200顆左右，提升這些衛(wèi)星的效益也需要掌握在軌加注技術(shù)(無人在軌加注技術(shù))。然后在此基礎(chǔ)上，中國還可以適時研究在軌加注站技術(shù)，推動中國載人深空探測計劃的實施。

此次發(fā)射在軌加注實驗裝置是中國首次空間在軌加注試驗，相較于以往相關(guān)單位開展的關(guān)于在軌加注的理論研究、仿真分析和試驗研究，可以說這次試驗向?qū)嶋H應(yīng)用前進了一大步。通過此次在軌加注試驗，可以對空間推進劑流量及質(zhì)量測量、加注對接接口、流體傳輸、推進劑管理、空間精細化自主操作等方面開展試驗研究，探索和積累相關(guān)技術(shù)。

在軌加注技術(shù)具有廣泛應(yīng)用前景，對于人類大規(guī)模、常態(tài)化的空間探索活動具有深遠影響，能夠為空間探索模式提供更多的選擇，對于降低航天運輸成本和任務(wù)風(fēng)險、增強空間飛行器的任務(wù)適應(yīng)性、延長空間飛行器的壽命都具有重要的作用。目前，美國在該領(lǐng)域相對領(lǐng)先，中國應(yīng)加大研究投入，盡早掌握在軌加注技術(shù)。

技術(shù)與成本之間矛盾

一顆衛(wèi)星的造價動輒數(shù)億美元，有的甚至更高，如果能夠在太空為其補加燃料，延長壽命，帶來的經(jīng)濟效益將十分可觀。但問題是，以人類現(xiàn)在的技術(shù)條件和成本控制，給在軌運行的衛(wèi)星補加燃料的成本，不見得比重新發(fā)射一顆衛(wèi)星低多少。

此外，現(xiàn)在的衛(wèi)星設(shè)計多以一次性使用為前提，實施補加燃料的可行性不大。今后發(fā)射的衛(wèi)星如果需要進行在軌補加燃料，在設(shè)計之初就需要安裝一套較為復(fù)雜的加注系統(tǒng)，但這又會占用一定的衛(wèi)星有效載荷。

而且，在軌補加燃料還要面臨交會對接以及加注過程中存在的風(fēng)險，一旦發(fā)生意外，損失也將是不可估量的。盡管從技術(shù)層面上說，人類目前已經(jīng)掌握的交會對接、空間機械臂等技術(shù)，能夠支持我們完成太空加油的任務(wù)。但是，航天活動一直是一項高風(fēng)險活動，其風(fēng)險控制方面還有待加強，尤其是加注過程中容易發(fā)生的燃料泄漏等危險，不僅會導(dǎo)致加注失敗，甚至還會導(dǎo)致衛(wèi)星失效。

不過，雖然在軌加注目前看上去存在一些困難，但其未來多方面的應(yīng)用價值是可以預(yù)見的。除了給衛(wèi)星延壽外，衛(wèi)星在軌燃料加注技術(shù)還將推動先進的自動交會對接系統(tǒng)、機械臂等捕獲裝置的研發(fā)，而后者在未來可以為行星防御、大型軌道結(jié)構(gòu)的安裝等進行服務(wù)。此外，在軌燃料加注技術(shù)一旦被廣泛采用，將會對后續(xù)衛(wèi)星、飛船等航天器的設(shè)計理念有所突破，太空開發(fā)的成本也將有效降低，同時還能有效減少太空垃圾的數(shù)量。