太空加油知多少

李忠东

2016年12月6日，美国宇航局（NASA）宣布正在研制一种可为在轨运行卫星提供燃料的新型航天器——“Restore-L Spacecraft Bus”（简称Restore-L）。它的作用就像一个可移动的“太空加油站”，能够自主与在低轨道上运行的卫星对接，进行轨道燃料加注，使燃料即将耗尽的卫星延寿，避免过早“油尽灯枯”。

燃料多少决定使用期限

一颗人造卫星服役寿命的长短取决于多种因素：一是轨道高度，运行轨道越高，受空气阻力的影响越小，寿命越长；二是设计寿命，卫星的电源系统、姿态控制系统和通讯系统等互相关联，无论哪一个系统发生故障都会造成卫星寿命中止；三是意外因素，一旦遇上陨石或太空垃圾撞击等意外事故，卫星就极有可能立即夭折；四是携带的燃料，随着技术的不断成熟，卫星本身元器件的可靠性和性能越来越高，但携带的燃料非常有限，直接影响其使用期限。

对于人造卫星来说，载荷每多出一点，就要增加额外的火箭燃料才能把它送到相同的轨道。这不但意味着发射成本更高，而且有可能为了额外的重量而增加助推器或其他结构，大幅增加发射出错的可能性。因此，将卫星发射到太空必须“斤斤计较”，能省则省。此外，虽然卫星上都安装着太阳能帆板电池，但由于要长期在轨运行，还是需要消耗燃料来进行轨道维持、误差修正、调整姿态以及应急变轨等“动作”，确保不会因为地球重力不均匀、太阳风、上层大气的阻力等各种微小的因素导致卫星发生偏移。

为了轨道维持需要携带足够的燃料，但又得控制卫星整体不能“超重”，让人造卫星设计工作面临着两难境地。……