在轨服务技术评说
时间：2020-12-14 16:05:09 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
何为在轨服务
随着航天技术的飞速发展，卫星的结构、组成日趋复杂，其性能、技术水平也不断提高。在这种情况下，保证卫星在复杂的空间环境中更加持久、稳定的在轨运行，已成为目前航天领域亟待解决的重要问题。经过多年的探索逐步发现，使用在轨服务技术是提高卫星生存能力的一条行之有效的途径。在轨服务技术是指在太空中对在轨运行的航天器进行各类操作，包括组装、维修、回收与释放等传统操作(已应用空间站的建设)，以及捕获、补给、升级、干扰与攻击等可用于空间攻防对抗的新型操作，在轨服务体系主要由主航天器与目标航天器组成。
目前，在轨服务体系主要以研制提供在轨服务的主航天器为核心展开，而主航天器的研究，又以各类可以灵活进行各种空间操作的机械臂技术为核心而展开。目前较为成熟的应用，主要是以空间站等大型航天平台为特定目标进行捕获，以及进行一些简单的部件组装、更换与维修等操作。轨道机动、最优轨道规划，伴飞／绕飞、交会对接、在轨燃料加注、在轨模块更换等技术，已经成为现今研究与演示验证的重要内容，其中部分技术已取得了成功的飞行试验验证。
根据在轨服务的能力与规模，主航天器可以进一步分为两大类：大型在轨服务平台与小型空间机器人。前者主要提供大型航天器的在轨组装、维护等，以及运输与投送大型货物与航天器；后者主要为目标航天器提供灵活机动的服务，如对己方航天器进行燃料加注、更换／升级部件等，同时对敌方航天器进行监视、寄生、软杀伤和硬杀伤等。
随着在轨服务主航天器的发展，传统设计的“旧式”航天器已不能满足接受先进在轨服务技术的要求。因此，发展与之配套的可接受在轨服务的目标航天器也成为目前的研究热点。
在轨服务技术神通广大
在轨服务技术并不是新出现的技术，以前主要用于空间站的组装与维护，近年来各国才开始探索将其应用于提高军用卫星生存能力与空间对抗。在轨服务技术凭借其成本低、风险小、军事利用价值高等特点，成为了目前乃至未来军事航天技术领域新的研究与发展方向。
对己方的航天器而言，在轨服务主要包括检测、维护、补给、升级和防护等服务。检测是指主航天器飞至目标航天器附近，利用各种传感设备对其进行检查和测试，以了解目标航天器的状态。典型的方式包括利用摄像机进行摄像、采用x射线进行探测等。维护是指在检测的基础上，主航天器对目标航天器进行保养与维修。在轨维修不仅可以减少发射前的地面测试次数，而且还可以降低对航天器的可靠性要求。补给是指利用主航天器对目标航天器进行各种能源补给，如燃料、电力等。对在轨航天器燃料的补给，既可以提高其机动能力，也可以延长其寿命。升级是指对目标航天器的部件或软件进行替换或升级。防护是指利用在轨服务对目标航天器进行保护，包括清理碎片、对目标航天器进行变轨等。
对敌方航天器的“在轨服务”则可以实施监视感知，以及软硬杀伤等操作。监视感知是指在轨主航天器飞至敌方目标航天器附近，利用各种传感器设备对其进行监测，以获取各类参数等。软杀伤是指对目标实施非致命性毁伤的进攻方式，例如利用在轨服务小卫星携带特定化学物质污染敌方2P_J~的光学表面，破坏其线路或关键部件，或者通过施加力矩使其姿控系统失效而导致敌方卫星翻滚等。硬杀伤是指对目标实施致命性毁伤的进攻方式。随着空间军事化步伐的加快，利用在轨服务技术拓展对敌方航天器的接近、监视、捕获乃至攻击的能力，将是增强空间作战力量的一个重要手段。
各国各显神通
空间自主在轨服务技术在各个方面都表现出强有力的适应性，并且具有成本低廉、军事利用价值高等特点，因此引起了各国的极大关注。在过去二十多年中，各国研究机构进行了一系列地面、空间的实验和应用研究。结果表明，空间在轨服务技术不仅在技术上是可行的，而且具有巨大的研究、发展空间。
加拿大在轨服务体系的构建，是以其领先的空间机器人技术为核心逐步开展的。在研制用于航天飞机和国际空间站的两代空间机器人的过程中，加拿大发展了其先进的在轨服务空间机器人技术。上世纪70年代，加拿大制造了空间机械臂系统，在随后的60多次使用中，空间机械臂系统表现的非常完美。鉴于空间机械臂系统的成功，加拿大被选中为国际空间站提供活动服务系统。这一系统是一种能够提供在轨服务的高级空间机器人，主要由空间站遥控机械臂系统、专用灵巧机械手和活动基座系统组成。2008年3月，加拿大研制的当今世界最先进的空间机器人Dextre发射升空，用于提供各种在轨服务。
上世纪80年代，随着美国第一个空间站的升空以及新的空间站研制计划启动，美国逐渐开始重视发展自己的在轨服务技术，并制定了“飞行遥控机器人服务者”空间机器人研究计划。1992年，美国航空航天局启动了一项大型的空间机器人研究计划：空间遥操作机器人项目。该计划中止后，其研究内容缩减为Ranger机器人计划。在开展Ranger计划的同时，美国对在轨服务重要性的认识也越来越深。进入新世纪，美国又启动了多个新的在轨服务技术，如已经取得试验成功的“自主交会技术试验”、XSS-11、“轨道快车”等，以及正在进行研制的“前端机器人近期演示验证”(FREND)计划。早在2001年1月，美国空军进行的第一次“施里弗”太空作战演习中，美军就模拟了使用载人航天器的机械臂、空间机器人和军事宇航员直接破坏和劫持敌方卫星和军事航天器的情景。在美国2003年2月举行的“施里弗-II”太空作战演习中，这部分内容得到了进一步的加强。未来，美国将继续大力提高在轨服务技术研究水平，形成以空间机器人、航天飞机、轨道机动飞行器为核心的服务航天器队伍，同时大力研发下一代可接受服务的目标航天器，形成完整的在轨服务体系。
日本也对空间机器人进行了深入的研究。其空间机器人体系由3个核心计划组成，即日本实验舱机械手臂计划、“工程试验卫星-7”(ETS-VII)和H-2转移飞行器(HTV)计划。上世纪90年代，日本为其实验舱设计了机械手臂。日本也是最先意识到在轨服务重要性的国家之一。为了掌握这一技术，1991年日本宇宙事业开发集团开始了“工程试验卫星，7”的研制计划。“工程试验卫星-7”于1997年发射成功，工作到1999年。它由2颗卫星组成，其中跟踪卫星质量2.5吨，目标卫星质量0.5吨。星上机器人系统主要由机器人手臂、视觉系统、星上机器人控制系统以及目标卫星操作工具等几个组成部分。“工程试验卫星-7”的发射成功，是在轨服务空间机器人研制中的一个里程碑，它带动了各航天国家对在轨服务技术的研究。通过“工程试验卫星-7”的试验，日本意识到目前
