让卫星起死回生的“凤凰计划”

 (2015年3月25日修改稿）

   

    

 

早在2012年，DARPA就启动了一项代号为“凤凰（Phoenix）”的研究计划。该计划旨在将成为太空垃圾的报废卫星进行维修或回收，以实现太空资源再利用，降低太空开发成本。从项目名称不难看出，美国国防部希望其所有的太空废弃资源，能够像凤凰涅槃一般浴火重生。2012年7月，DARPA给MDA公司等多家公司签订了第一阶段合同，标志着“凤凰”计划正式进入了实际的研发阶段。2014年4月，又给MDA等多家公司签订了第二阶段合同

经过几十年来不断的航天发射，目前包括美国在内的世界各国，在地球静止轨道拥有大量的报废卫星。如不对这些报废卫星加以拆除和利用，不仅会使大量的太空资产白白浪费，而且大量由废弃卫星组成的“太空垃圾”，还会威胁到美国卫星，包括军用卫星的安全。目前据推测，在地球同步轨道“卫星墓场”中运行的报废卫星，总价值超过3000亿美元，其中相当数量为美国卫星。因此，“凤凰计划”项目负责人表示：“如果该项目能够得以实现，美国国防部在人造卫星任务中需要的成本将大幅降低。”

军事上，“凤凰计划”所发展的技术，对美国提高太空对抗能力，也有十分重要的意义。当美国的卫星受到攻击时，就可利用“凤凰计划”发展的捕获和轨道机动技术，可以把美国的卫星转移到安全的其它轨道，避免卫星受到敌方的攻击。当美国要攻击敌方卫星时，也可利用“凤凰计划”发展的捕获和太空切割技术，将敌方的在轨卫星进行拆除和破坏。因此，“凤凰计划”具有重大的军事价值。近年来，美军对发展进攻性太空武器十分低调，常采用“寓军于民”的策略，因为，美国的卫星在世界上最多，若引发各国竞相发展进攻性太空武器，对美国有害而无益。

从DARPA向外界透露的 “凤凰计划”项目的细节来看，首次“凤凰计划”项目试验，将首先在向地球静止轨道（GEO）发射商用通信卫星时搭载“有效载荷在轨释放系统(PODS)”，其中有大量的只具备核心部件的廉价“细胞卫星(Satlets)”。随后，向太空发射一颗带有机械臂等“智能工具”的位于地球静止轨道的“服务星(Servicer)”。紧接着那颗“服务卫星”将不断靠近商业通信卫星，利用机械臂捕获由商业通信卫星弹射出来的“PODS”。然后将两者一起机动到在太空轨道中飞行的报废卫星附近，由“服务卫星”再用机械臂对报废卫星的天线等零部件进行拆除和回收。此后，这颗“服务卫星”将在地面指挥人员的指示下，借助机械臂将回收来的天线等零部件，安装在“细胞卫星”上，然后对这些微型卫星进行组网。由此可见，这计划的近期发展的关键技术包括:

   1.先进GEO太空机器人。其内容主要为开发多种机器人技术，包括机械臂和多个通用、专用工具，以解决GEO恶劣环境下的关键在轨任务需求，包括装配、维修、寿命延长、燃料再加注等，将用于未来的机器人装配的“服务星”。

   2.“细胞星”。“细胞星”是一种小型的独立性模块，其上配有必要的卫星功能模块（如电源、运动控制、传感器等）。“细胞星”之间将共用数据、电力和热管理功能，从而组成一种新型低成本、可扩展的模块化卫星体系结构。“细胞星”还可对不同类型、不同规模，或不同造型的有效载荷，进行不同形式的组合，以完成多样化太空任务。因为它们是模块化的，因此可在生产线上低成本地快速制造和装配。DARPA目前先将在近地轨道上验证“细胞星”技术方案。

   3.“PODS”。该系统将首先用于商业通信卫星，使其安全携带各种分离性元素进入轨道，包括有效载荷、细胞星和电子器件，并充分利用商业卫星的频率和“寄宿有效载荷”服务。DARPA正力求以低风险的飞行方式来验证“PODS”技术。

   “凤凰计划”既继承了美国前几年一系列在轨服务技术试验计划如“轨道快车”等的成果，但又有重大创新。它将在轨服务技术从地球低轨道扩展到地球高轨道；从合作的目标扩展到非合作目标；从单机械臂扩展到多机械臂；从简单捕获扩展到精细操作；从单项技术演示扩展到系统集成。“凤凰计划”所发展的技术将有十分深远的影响，特别是卫星模块化技术将促进卫星的生产、组装和发射的流线化，在轨修复技术将促进卫星的可持续发展，并有利于保护太空环境。由此可见，“凤凰计划”若能成功，将在卫星领域催生一场深刻的变革。