「太空加油站」，讓衛星「滿血復活」

無奈的現狀

一顆人造衛星的服役壽命取決於多種因素：軌道高度、設計壽命、隕石或太空垃圾撞擊意外事故……其中，燃料的多少直接決定了衛星的使用壽命。一顆人造衛星，造價往往達數億甚至幾十億美元，有些衛星本身性能、元器件都完好無損，僅僅是因為燃料耗盡，不得不選擇進入大氣層焚毀，或變成軌道垃圾。

太空加油——收益與挑戰並存

衛星燃料在軌加註一直是國際航天領域的研究熱點。如果能夠在太空為其補加燃料，帶來的經濟效益將十分可觀。一項測算表明，給地球靜止軌道上的衛星補給60千克燃料，即可延長壽命12個月。

需要燃料補給的不僅僅是衛星。近年來，NASA提出了雄心勃勃的太空探索計劃，讓航天員2025年登上小行星，2030年登上火星。然而，登陸小行星往返至少需要6個月，而登陸火星所需的時間則更長。NASA 稱太空加油站為「油庫」，可以用於給飛往月球、小行星或火星的飛行器重新補充燃料。與研發新火箭發射系統相比，建太空加油站能夠節省800億美元。

然而，現有的衛星設計都是以一次性使用為前提的，補加燃料的可行性不大。今後的衛星如果需要進行在軌補加燃料，在設計之初就需要安裝一套較為複雜的加註系統，這也會佔用一定的衛星有效載荷。

其次，人類現有的技術條件和成本控制有限，給在軌運行的衛星補加燃料，成本可能比重新發射一顆衛星低不了多少。而且還會面臨交會對接以及加註過程中的風險，一旦發生意外，將損失慘重。

「太空加油」技術一旦被廣泛採用，將會突破對後續衛星和飛船等航天器的設計理念，太空開發的成本也將有效降低，同時還能有效減少太空垃圾的數量。藉助於先進的自動交會對接系統和空間機械臂捕獲技術，「太空加油」技術甚至可以服務於未來的行星防禦和大型軌道結構的安裝。

僅僅從技術成熟性和安全可靠性來說，普及只是時間早晚問題。衛星在軌燃料加註需要先進的自動交會對接系統和空間機械臂類的捕獲裝置，目前人類已經掌握了這些技術，能夠支持完成太空加油的任務。

關鍵在於如何加強風險控制，尤其是怎樣避免加註過程中發生的泄漏等危險。衛星上通常使用的燃料可不是普通的「汽油」，它的氧化劑大部分是四氧化二氮，這是一種非常危險的化學物質，有毒性，腐蝕性強，需要經過特殊的處理，在轉移過程中也要非常小心，稍有不慎就會導致加註失敗，甚至造成衛星失效。科學家還試圖使用乙醇作為衛星燃料的替代產品，雖然可以說這項試驗在衛星燃料的加註上前進了一大步，但是還不能證明該過程是安全的。特別是利用國際空間站作為測試平台，需要加倍小心。

低溫貯存是另外一個挑戰。目前，火箭推進燃料都需要在低溫下保存，如果稍有不慎，就有可能導致燃料汽化或重大事故。科學家指出，能否以最小的汽化損失將液態氫和液態氧這一類低溫推進劑進行長時間保存，將是決定人類能否實現深空探索的關鍵。

Restore-L

NASA正在研製一種可為在軌運行衛星提供燃料的新型航天器——「Restore-L Spacecraft Bus」（簡稱Restore-L）。它的作用就像一個可移動的「太空加油站」，能夠自主與低軌道上運行的衛星對接，進行軌道燃料加註，使原本即將燃料耗盡的衛星運行更久時間，避免其過早「油盡燈枯」。

Restore-L將裝配一條靈巧的機械手臂，使得它不但能補充燃料，而且在必要的時候能夠執行修理甚至是收集殘骸的工作。在Restore-L飛船項目確定之後，新的衛星在設計時將考慮兩者的兼容性，意味著衛星將搭配簡易的升級裝備和簡單的燃料補充系統，能夠明顯降低成本。

NASA預計，Restore-L 航天器將於2020年發射升空，投入使用，並且能夠為衛星提供服務和補充燃料，即使是那些設計並不能夠與Restore-L飛船進行對接的衛星也能夠享受到服務，延長自己的工作壽命。

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