详解外洋先进太空拖船生长计划,可助卫星准确进入理想运行轨道

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当卫星发射进入轨道时,它们并不总是到达理想轨道

太空拖船观点的生长历史

至少从1950年月起,科幻小说中就已经开始使用了太空拖船的观点,从1960年月末到1970年月初,苏联和俄罗斯的太空计划以及美国国家航空航天局已经预见到了实际应用。俄罗斯的RKK Energia火箭公司在2000年月中期提出了“Parom”(“渡轮”)轨道拖船观点。在1980年月后期,苏联工程师提出了一种将核宇航员运送到火星的核推进系统。NASA在60年月末至70年月初研究了可重复使用的太空拖船,试图将其作为可重复使用的太空运输系统(STS)的一部门。之后NASA在航天飞机计划中,开发了一种更强大的液态氢燃料Centaur-G平台,用于运输航天飞机,但由于挑战者灾难而取消,因为该平台过于危险。进入21世纪,随着微纳卫星的快速生长,在太空中部署大量卫星正需要用到太空拖船的功效,因此太空拖船的观点又一次泛起,随之又生长出多个太空拖船的新项目。

俄罗斯的Parom太空拖船

现阶段,国际上诸如SpaceX等商业发射服务运营商会支持牢固运载重量的发射服务,因此差别尺寸的卫星经常会被打包举行发射。不外这会发生诸多问题。通常,小型卫星必须挤入一些很是精密的太空轨道,而大型、较昂贵的卫星则要特别指定发射时间以及有效载荷的入轨轨道。因此小型卫星运营商从未喜欢过这种情况,例如,如果这些大型卫星迟到了,那么小卫星就必须等候。如果大型卫星想和小卫星进入差别的轨道,那小卫星就只能被迫放弃这次的发射任务。

用于运送小卫星入轨的太空拖船

虽然也有火箭实验室的电子火箭这类超小型的火箭,可以使小卫星准确地到达指定轨道,可是这种定制化的火箭十分昂贵。而太空拖船的观点则可以有效地解决这一问题。太空拖船可以从忙碌的枢纽运送人造卫星到其指定的轨道。这样,这些小卫星就可以使用廉价的大火箭到任何通用所在,然后使用太空拖船到达其最终轨道。

美国SHERPA小型太空拖船项目

SHERPA是一种商用卫星分配太空拖船,旨部署小型次要有效载荷之前将其运送到所需位置,如小卫星、微卫星或纳卫星(例如CubeSats)。SHERPA具有一个可选装的推进系统,可将其有效载荷运送至主载荷轨道以外的轨道上。

SHERPA太空拖船

SHERPA由Spaceflight Industries的子公司Andrews Space开发,并于2012年首次亮相。SHERPA的首次发射是在2018年12月3日举行的名为SSO-A:SmallSat Express的航行任务。这两个SHERPA分配器最初计划部署来自18个国家的70多个小卫星,其中包罗在两个单独的SHERPA分配器上携带的15个微卫星和56个CubeSat。可是,厥后的变化将卫星数量淘汰到64。一旦猎鹰9火箭进入地球上空约575公里的太阳同步极地轨道,两个分配器便与之分散。

SHERPA从猎鹰9上面级分散

俄罗斯核动力太空拖船计划

俄罗斯核动力太空拖船项目始于2010年,旨在增强大型货物的深空运输能力,最终用于在太阳系的其他行星上建设永久性基地。俄罗斯联邦航天局2019年陈诉了该太空拖船项目的有关情况,展示了太空拖船的模型。俄罗斯国家原子能公司也将到场该项目研发。

据公然资料显示,该拖船预计配备兆瓦级的核动力推进系统,将接纳气冷快中子反映堆,堆芯温度预计高达1500℃,冷却系统将使用氦氙混淆物。拖船使用寿命预计为10~12年。俄罗斯联邦航天局计划在俄罗斯远东的Vostochny Cosmodrome制作该系统启动所需的技术综合体,该基础设施也有望在2030年完成。

核动力太空拖船的模型

俄罗斯太空工程师于2010年开始开发该系统。地面文件原型的设计文档和许多组件已于2018年完成,制造并举行了自动测试。罗斯科斯莫斯州立公司已经开发了设计文档,并构建和测试了未来原型的多个组件,下一个任务是测试外层空间的核能单元。

美国Momentus Vigoride太空拖船计划

美国Momentus公司作为SpaceX的互助同伴,其太空拖船将在2020年六月SpaceX的首次SmallSat Rideshare任务中发射,将一些客户带到指定太空。

Momentus Vigoride太空拖船

该公司的拖船名为Vigoride,可以通过“水等离子”发念头将多颗小型卫星运送到多个轨道。太阳能板发生电能,然后航行器将其用于发生微波,微波使水过热发生等离子体,该等离子体射出喷嘴,从而将Vigoride向前推动。水可以廉价地作为燃料,因为它自制、宁静而且不易爆炸,而且可以在太阳系各处使用。

Vigoride在最初的设计中是一种一次性设备,该公司计划使未来的拖船酿成可重复使用型,当它们用完水后能够吸收更多的水(泉源待定),并继续运输。

Momentus公司设计的种种未来太空拖船

美国Atomos太空拖船计划

美国Atomos公司设计了一种常驻太空的太空拖船计划,在技术成熟后,Atomos将独自向太空发射拖船。Atomos公司通过提供这种太空运输服务解决了太空中的最后一公里的问题,从而降低了微信运营商的发射成本。

Atomos最先计划从2020年月中期开始使用核动力的航行器,可是,之后因为技术以及资金原因改为在2021年开始发射,并使用太阳能动力。

Atomos太空拖船

相比Vigoride拖船的方案,Atomos公司的这种常驻太空拖船需要面临太空中对接的问题,尤其是因为大多数卫星可能并非设计为与核动力的拖船对接。而且,与原本不计划举行对接的工具举行对接对于Atomos而言可能很重要。Atomos的拖船可以将那些已经在轨道的卫星提升到更高的轨道,以资助它们更长寿,或者将它们送去执行其他任务。(也可以允许)降低它们的高度,以免它们成为空间碎片,Atomos太空拖船也可以更主动地处置惩罚轨道垃圾。

此外Atomos拖船也可以减轻火箭发射方面的压力。火箭工程师不必制造出能飞得很高的火箭,因为拖船可以照顾“最后一公里”,那么他们用过的助推器将更快地落回到地球上。

欧洲Moon Cruiser太空拖船计划

由空客公司设计的Moon Cruiser是一款基于ATV和ESM的后勤飞船,将用于支持Lunar Gateway计划,现在正在设计历程中。该太空拖船将与由空客公司与赛峰团体的合资企业ArianeGroup开发的新型Ariane 6发射器兼容,从而可以将种种模块发送到空间站,并将大型模块转移到低月球轨道上。

Moon Cruiser计划将在2025年将欧洲ESPRIT模块交付给国际空间站,之后计划将其转变为月球着陆器的转运台,而且存在用于航行器着陆器变体的观点,但尚未获得资金。

Moon Cruiser观点图

印度ISRO PAM-G太空拖船项目

印度航天研究组织已经建设了一个称为PAM-G(用于GSLV的有效载荷辅助模块)的上层平台,能够将有效载荷从低地球轨道直接推向MEO或GEO轨道。PAM-G由具有重新启动功效的超高斯液体马达提供动力,该液体源自PSLV的第四阶段。停止2013年,ISRO已实现PAM-G的结构,控制系统和电机,并举行了热测试。PAM-G将组成GSLVMk2C运载火箭的第四阶段,位于GSLV的顶部低温第三阶段。

ISRO PAM-G太空拖船运行方案

美国Artemis计划着陆器转移模块

NASA的Artemis计划在其第三阶段设计了一种高级探索着陆器以在月球着陆。着陆器从空间站出发后,转移模块会把机组人员带到低月球轨道,然后离开,之后下降模块将处置惩罚到月球外貌的其余旅程。上升和转移模块都可以设计为可重复使用,而下降模块留在月球外貌。在转移阶段着陆器需要从月球通道的轨道移至低月球轨道,因此其本质就是一种太空拖船,未来的版本这种转移模块将能够返回空间站供油并和另一架着陆器继续使用。Northrop Grumman提议基于天鹅座航天器建设一个转移台。

NASA Artemis高级探索着陆器上升模块观点图

美国MEV太空加油站计划

2011年,美国公司ViviSat提出了一个名为Mission Extension Vehicle(MEV)的太空飞船项目,该项目因ViviSat公司的倒闭,几经辗转如今由Northrup Grumman Innovation Systems卖力。MEV太空飞船的目的是作为小型卫星的燃料增补平台。

2019年10月9日,第一艘MEV-1使用质子-M火箭从拜科努尔发射基地乐成举行发射。该航天器于2019年12月与Intelsat 901会和,并通过在轨站位保持将其使用寿命延长五年。在Intelsat 901任务竣事后,MEV-1将能够对接和对接更多次,从而使其能够为其他卫星提供服务。

MEV太空加油站观点图