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MEV-1

在軌商業(yè)服務(wù)歷史性的一步

2019年10月9日，美國(guó)軌道ATK公司研制的MEV-1在軌延壽飛行器發(fā)射，這是“第一個(gè)商用衛(wèi)星在軌服務(wù)系統(tǒng)”，今年2月MEV-1將與Intelsat-901通信衛(wèi)星對(duì)接加注燃料，為其延壽五年，這一事件標(biāo)志著“衛(wèi)星在軌服務(wù)”這項(xiàng)全新的業(yè)務(wù)模式的開(kāi)端。

商業(yè)通信衛(wèi)星Intelsat-901于2001年6月發(fā)射，這顆19歲的通信衛(wèi)星運(yùn)行良好，唯一的困擾是燃料不足問(wèn)題。目前它正在等待MEV -1與它對(duì)接，并在棄星軌道進(jìn)行測(cè)試和操作，然后共同返回到Intelsat-901的軌道位置繼續(xù)開(kāi)展服務(wù)。

筆者在此簡(jiǎn)單回顧一下“在軌服務(wù)”是如何從科研走向市場(chǎng)的。我們知道，一顆昂貴的在軌衛(wèi)星如果遭遇了軟件故障還能夠進(jìn)行修復(fù)和升級(jí)，但是大多數(shù)的機(jī)械異常無(wú)法糾正，因?yàn)橛布遣豢商娲摹?/p>

研究者們?yōu)榇俗隽撕芏嗯?，從上世紀(jì)90年代日本的7號(hào)工程實(shí)驗(yàn)星（ETS-VII)，到美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)的“軌道快車(chē)”項(xiàng)目，這兩次任務(wù)都完成了既定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，但是并未解決一個(gè)商業(yè)化的問(wèn)題，那就是：一個(gè)在軌服務(wù)飛行器只針對(duì)一個(gè)服務(wù)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并不能與其他衛(wèi)星硬件兼容，這樣就失去經(jīng)濟(jì)性。

2002年DARPA開(kāi)始從另外一個(gè)角度來(lái)看待這個(gè)問(wèn)題，那就是：“衛(wèi)星有什么是需要在軌服務(wù)飛行器來(lái)做的？”

一項(xiàng)名為RescueSat的研究認(rèn)為，當(dāng)衛(wèi)星因?yàn)榛鸺l(fā)動(dòng)機(jī)故障未入軌時(shí)，可以使用在軌服務(wù)飛行器送這些衛(wèi)星抵達(dá)預(yù)定軌道，但是想送入軌道就要先有抓住衛(wèi)星的機(jī)械臂。于是2005年DARPA贊助了Frend ARM研究項(xiàng)目。

在Frend項(xiàng)目完成后，DARPA啟動(dòng)了一個(gè)名為“鳳凰”的項(xiàng)目，研究從“死”衛(wèi)星上獲取大型天線的可能性，并研究如何讓這些衛(wèi)星“起死回生”。最終，DARPA認(rèn)為，為在軌工作的航天器提供服務(wù)將帶來(lái)比維修失效的航天器更高的回報(bào)。于是DARPA贊助的PPP項(xiàng)目地球同步衛(wèi)星機(jī)器人維修項(xiàng)目(RSGS)開(kāi)始了，目前這一項(xiàng)目正在研制中。

NASA在在軌服務(wù)研究方面與DARPA開(kāi)展了緊密的合作，但是在創(chuàng)新方向上走了另外一條路。2011年NASA進(jìn)行了STS-135太空加油任務(wù)演示。有了NASA的研究基礎(chǔ)，商業(yè)公司開(kāi)始準(zhǔn)備將此技術(shù)用于商業(yè)服務(wù)上來(lái)。

軌道ATK公司相信在軌服務(wù)將有很廣闊的市場(chǎng)，2016年開(kāi)始決定進(jìn)行大幅投資，研制MEV飛行器。在研制過(guò)程中，軌道ATK通過(guò)美國(guó)2014年訂立的“商業(yè)空間能力空間行為協(xié)定”(SAA)得到了NASA的技術(shù)支持。

作為擁有最多高軌通信衛(wèi)星的運(yùn)營(yíng)商，國(guó)際通信衛(wèi)星組織（Intelsat）對(duì)于任何能夠提高其在軌靈活性的技術(shù)都很歡迎。在軌道ATK宣布研制MEV之初，國(guó)際通信衛(wèi)星組織就承諾成為MEV-1的第一個(gè)客戶(hù)。

全球在軌服務(wù)第一單就這樣一步一步走進(jìn)了市場(chǎng)。

DARPA“鳳凰”在軌維修和打撈實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

在軌商業(yè)服務(wù)五大市場(chǎng)

2020年2月11日，NSR發(fā)布了《在軌服務(wù)與空間態(tài)勢(shì)感知市場(chǎng)報(bào)告（第三版）》，報(bào)告列出了在軌服務(wù)的五大市場(chǎng)，分別為：在軌延壽、機(jī)器人操作、發(fā)射后軌道修正服務(wù)、重新定軌業(yè)務(wù)、離軌服務(wù)。

根據(jù)上文提到的NSR報(bào)告（第一版）預(yù)測(cè)，在軌服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模在未來(lái)十年間將達(dá)到30億美元。

1.在軌延壽

在軌延壽包括在衛(wèi)星壽命到期后通過(guò)接管軌道維護(hù)和姿態(tài)控制功能來(lái)延長(zhǎng)其使用壽命，以及加注燃料來(lái)恢復(fù)推進(jìn)劑的儲(chǔ)備等服務(wù)，一般可延長(zhǎng)高軌通信衛(wèi)星壽命3-5年。低軌通信衛(wèi)星由于造價(jià)較低，限制了低軌在軌延壽市場(chǎng)的發(fā)展。

在軌延壽方面最值得期待的三大任務(wù)為：軌道ATK的MEV-2將于2020年中發(fā)射，繼續(xù)為國(guó)際通信衛(wèi)星組織提供商業(yè)服務(wù)；NASA的“恢復(fù)-L”將于2022年發(fā)射，并將在低軌上為衛(wèi)星加油；DARPA的“地球同步衛(wèi)星機(jī)器人服務(wù)項(xiàng)目”計(jì)劃于2023年發(fā)射。

一些私營(yíng)航天公司也加入到在軌延壽市場(chǎng)中來(lái)。如美國(guó)的繩系無(wú)限公司的LEO Knight計(jì)劃為SSO軌道的遙感衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星提供加油和維修服務(wù)。

2.機(jī)器人操作

做在軌延壽項(xiàng)目的公司一般也涉及到機(jī)器人操作，包括監(jiān)測(cè)、診斷、近距離檢查、維修、替換、零件升級(jí)等工作。與此直接相關(guān)的就是機(jī)械臂的開(kāi)發(fā)。

2020年1月31日，麥克薩技術(shù)公司宣布與NASA簽署了一份價(jià)值1.42億美元的合同，麥克薩所屬的勞拉空間系統(tǒng)公司將為NASA研制空間基礎(chǔ)設(shè)施靈巧機(jī)器人，又稱(chēng)“蜘蛛”項(xiàng)目，這一機(jī)器人手臂將安裝在在軌加油衛(wèi)星“恢復(fù)-L”上。

軌道ATK公司依托NASA的“臨界點(diǎn)”計(jì)劃獲得了一份PPP合同，以開(kāi)發(fā)在軌機(jī)器人裝配、快速斷開(kāi)和在軌焊接技術(shù)。

未來(lái)，機(jī)器人的建造能力可應(yīng)用于衛(wèi)星在軌組裝、建造空間設(shè)施、開(kāi)展行星探測(cè)和小行星采礦等業(yè)務(wù)上，也可以幫助清除空間碎片。

MEV-1整裝待發(fā)

3.發(fā)射后軌道修正服務(wù)

指當(dāng)衛(wèi)星部署在不正確的軌道上時(shí)，或者衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)行救助的業(yè)務(wù)。

NSR預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)

4.重新定軌業(yè)務(wù)

軌道間移動(dòng)飛行器能夠提供的“太空拖車(chē)”服務(wù)包括：軌道提升；低軌星座部署；SSO軌道平面調(diào)整；脫離軌道。硅谷初創(chuàng)公司動(dòng)量（Momentus）正在研制的軌道間移動(dòng)飛行器采用水等離子體推進(jìn)，并在2019年7月完成了在軌試驗(yàn)。

LEOKnight

5.離軌服務(wù)

隨著越來(lái)越多的低軌衛(wèi)星星座的發(fā)射，如何離軌也成為一個(gè)越來(lái)越值得關(guān)注服務(wù)。

在軌商業(yè)服務(wù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

2016年，軌道ATK接下Intelsat-901這單時(shí)，曾對(duì)在軌商業(yè)服務(wù)無(wú)行業(yè)規(guī)范可依表示了憂慮。2016年12月，在DAPPA的倡導(dǎo)下，開(kāi)始籌備建立一個(gè)企業(yè)協(xié)會(huì)CONFERS，并資助了先期活動(dòng)資金。2018年CONFERS正式成立。

2018年4月，CONFERS發(fā)布了《衛(wèi)星服務(wù)安全框架-技術(shù)和業(yè)務(wù)指導(dǎo)文件》，2019年10月，更新了《（在軌服務(wù)）設(shè)計(jì)和操作方法建議》。建議中詳細(xì)規(guī)定了提供在軌服務(wù)的企業(yè)應(yīng)該遵循的11個(gè)工作流程，從任務(wù)分析階段、合同簽訂階段、到保險(xiǎn)和許可審批到最后執(zhí)行都進(jìn)行了詳細(xì)的描述。

2020年2月，CONFERS向聯(lián)合國(guó)外空委匯報(bào)了其工作進(jìn)展，他們正在和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）合作，為衛(wèi)星在軌服務(wù)建立正式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

毫無(wú)疑問(wèn)，“在軌服務(wù)”已經(jīng)成為商業(yè)航天的一片藍(lán)海，這片藍(lán)海需要更新銳的創(chuàng)意，大企業(yè)做集成，小企業(yè)做配套，一個(gè)新興的商業(yè)航天領(lǐng)域正在成型。SATNET

繩系無(wú)限公司從2011年開(kāi)始與美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室合作開(kāi)發(fā)的機(jī)械臂

蜘蛛機(jī)械臂

當(dāng)前進(jìn)入在軌服務(wù)市場(chǎng)的部分公司