NASA正建造全新机器人 将在轨道上自主地修理和服务卫星

当人造卫星被送上太空时，通常是一个单程任务。它们的寿命是由其携带的燃料数量决定的。现在的大多数卫星都有太阳能电池板，但即使如此，也可能出现部署失败。卫星发射失败是有据可查的，但在太空中，没有服务站。因此，工程师必须设计具有冗余的卫星系统。这反过来又使它们变得沉重、复杂和昂贵。最终，一旦它们的有效寿命结束，大多数卫星要么在大气层中燃烧，要么被停在背景轨道上成为太空垃圾。

NASA有一个计划来改变这种情况。他们想执行一项任务，为轨道上的Landsat 7卫星补充燃料。在地球上空700公里的轨道上，Landsat 7是一颗已经失效的地球成像卫星。它可以在99分钟内环绕地球运行，每16天拍摄整个地球。在它的燃料耗尽之前，它这样做了20年。该计划是让一个机器人接近该卫星，用机械臂抓住它。然后用它的机械臂切开外面的绝缘层，切断两根电线，拧下一个螺栓，连接一个管子，并泵入115公斤的肼燃料。

第一次轨道维修是由James van Hoften和George Nelson在1984年进行的，目的是维修太阳极大期任务卫星（SMM）卫星。哈勃太空望远镜在1993年、1997年、1999年、2002年和2009年进行了维修和保养任务。国际空间站在2020年对其价值20亿美元的反物质探测器进行了维修。但是这样的重大维修需要把人送到太空。这既昂贵又耗费资源。

机器人维修，如DARPA的 2007 Orbital Express，已经使用了为与特定卫星对接而定制的机器。它们不是通用的维修和燃料加注系统。还有一个问题是通信的延迟问题。一颗地球同步卫星在地球上空35000公里处运行，而大多数卫星在设计上首先不是为了修理的。所以维修系统必须是半自动的。这些都是NASA想要解决的问题。

在这个领域已经有了一些成功。2019年，SpaceLogistics公司制造的MEV-1号卫星为他们自己的Intelsat 901卫星提供服务，将其寿命延长了五年。到2024年，DARPA资助的另一个项目“地球同步卫星的机器人服务 ”计划使用一个机器人飞船，利用相机和激光测距仪，抓住那些没有专门设计对接的废旧卫星。它还将有两个机械臂。其中一个机械臂将用于与卫星对接，而另一个机械臂可用于打开未部署的太阳能电池板。

NASA计划于2025年执行的第二次Landsat 7任务，甚至更加雄心勃勃。它的在轨维修、装配和制造1（OSAM-1）机器人被设计用来在轨道上建造全新的结构。它有一个“姐妹”任务，即空间基础设施灵巧机器人（SPIDER），设计用于在空间组装东西。将碳纤维和纺织品与类似于3D打印的技术相结合，OSAM-1将建造轻而坚固的复合梁，可以组合成结构部件，用于维修和维护轨道上的物体。更容易修复的卫星意味着更便宜的卫星。而更便宜的卫星意味着更多的卫星。

正如《 Index of Objects Launched into Outer Space》所报告的，截至2021年4月，太空中已经有7389颗独立的卫星。它们中的大多数都用于通信。那里隐藏着一个巨大的太空维修和回收的新生产业。如果这些基础步骤成功，大门将为今天不可行的新可能性打开。人们将能够直接在轨道上建造更大的结构，可以制造更宽敞的空间站，促进太空旅行，这反过来将促进太空采矿等等。

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