在地球高空,新一代旨在延長衛星工作壽命的機器人正在取代其前代產品——字面意義上也是如此。

本週,諾斯羅普·格魯曼公司建造並營運的「任務延伸載具」(MEV)太空船,已從澳洲公司 Optus 所營運的一顆通訊衛星上斷開連接。一年多來,MEV 太空船一直固定在 Optus 衛星的尾部,將其維持在太空中的正確位置,以便繼續執行任務。

現在,這艘延長衛星壽命的太空船即將離開,為其接替者騰出空間。七月,四艘新的諾斯羅普太空船搭乘 SpaceX 的獵鷹 9 號火箭發射升空。其中一艘名為「任務機器人載具」(MRV),是一艘由美國軍方研究組織 DARPA 開發的強大衛星,配備了兩支先進的機械手臂。另外三艘則稱為「任務延伸艙」(MEP),是較小、較簡單的衛星,本質上是模組化的推進系統。

這四艘太空船目前正飛往地球上方約 27,000 英里的目標。2027 年,MRV 將利用其機械手臂將其中一個 MEP 艙連接到 Optus 衛星上,這應該能使其在軌道上再運行數年。

提供通訊或用各種感測器掃描地球的衛星壽命有限。它們通常是因為燃料耗盡而無法維持在正確位置而失效,而不是因為其電腦和收發器停止工作。Optus 衛星於 2009 年發射,設計壽命為 15 年。如果一切順利,該衛星還可以再飛行——並產生收入——六年。

如今,更低的發射成本和更便宜的太空零組件正使太空船維修任務成為現實。

諾斯羅普的物流與服務總監 Cassie Wong 表示,目標是「一種典範轉移,讓我們能夠將太空視為可持續的,擁有更具彈性的架構和基礎設施基礎,我們可以在其中進行太空船維修、延長壽命,甚至升級和維護衛星等工作。」

目前有兩艘 MEV 在軌運行,分別於 2019 年和 2020 年發射,已為包括兩艘不同的 Intelsat 太空船和 Optus 衛星在內的客戶提供了 10 年的壽命延長。MEV-1 將在停車軌道上等待另一位客戶,而 MEV-2 目前已連接到其 Intelsat 客戶,直到 2030 年。

任務機器人載具(MRV)代表了商業模式的演進。衛星營運商購買並擁有 MEP,這些 MEP 將永久連接到他們的太空船上。這使得 MRV 可以服務更多載具,從而提供更便宜的服務。

這項服務需要高超的技術實力。載具需要能夠自主地接近並安全對接,這在兩者都以每小時數千英里的速度移動時並非易事。MEV 使用對接探針插入並固定在衛星推進器噴嘴上。同時,MRV 需要利用其機械手臂小心地連接 MEP。

與大多數衛星不同,MRV 被設計成可在軌道上加注燃料——部分是為了驗證其他衛星如果這種在軌服務成為常態,將需要具備的能力。目前,額外的成本和重量讓太空船營運商卻步,不願投資於此。

事實上,目前衛星的趨勢是運行大量廉價、可有效替換的低軌衛星,例如 Starlink 和 Amazon LEO 所做的。另一方面,太空船不斷變大,軌道上有許多昂貴的大型衛星可以從延長壽命中受益。Wong 希望 MRV 未來能承擔其他任務,為衛星添加新組件以及調整其軌道。

這很可能包括國防客戶,考慮到其在高軌道擁有的昂貴衛星數量,以及 DARPA 在開發 MRV 機械手臂方面的參與。事實上,美國太空軍此前曾將中國的服務太空船及其機械手臂定性為武器,因為理論上它可以抓取並損壞競爭對手的衛星。諾斯羅普表示,其載具專注於服務任務。

Wong 表示,該載具也可在低地球軌道(LEO)上使用,以延長那裡有價值資產的壽命。新創公司 Katalyst Space 正在嘗試一項類似的任務,以延長 NASA 一架太空望遠鏡的壽命,該望遠鏡上個月因故障而失控翻滾。該公司已制定了修復方案,並希望完成任務。