美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局啟動(dòng)“地球同步軌道衛(wèi)星自主服務(wù)”項(xiàng)目

王雪瑤 宋博（北京空間科技信息研究所）

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局啟動(dòng)“地球同步軌道衛(wèi)星自主服務(wù)”項(xiàng)目

DARPA Started the RSGS Program

王雪瑤 宋博（北京空間科技信息研究所）

1 項(xiàng)目背景

目前，美國(guó)已有價(jià)值超過(guò)10億美元的單個(gè)在軌系統(tǒng)。特別是在地球靜止軌道（GEO）上，美國(guó)的在軌資產(chǎn)遠(yuǎn)超其他國(guó)家。有許多商用衛(wèi)星和軍用衛(wèi)星正用于通信、氣象預(yù)報(bào)和國(guó)家安全服務(wù)等。如果這些衛(wèi)星一旦出現(xiàn)故障，現(xiàn)有技術(shù)不能對(duì)這些衛(wèi)星進(jìn)行故障部件的檢測(cè)和診斷，更不能進(jìn)行升級(jí)和維修。每年約有15顆商業(yè)通信衛(wèi)星或者1～2顆政府衛(wèi)星會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)壽命，因此，雖然這些衛(wèi)星的某些系統(tǒng)功能依然很好，但這些衛(wèi)星在未經(jīng)檢驗(yàn)和未修理升級(jí)的情況下被移至墳?zāi)管壍馈＿€有許多衛(wèi)星因?yàn)闊o(wú)法進(jìn)行能力升級(jí)，不能滿足市場(chǎng)不斷變化的需求，而在使用壽命中就已被淘汰。另外，由于目前衛(wèi)星沒(méi)有在軌服務(wù)能力，所以GEO衛(wèi)星都有冗余備份設(shè)計(jì)，且衛(wèi)星大部分質(zhì)量和空間都被燃料占用。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）希望未來(lái)能夠在GEO上完成大型天線、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)的組裝，為應(yīng)對(duì)技術(shù)提升和安全威脅，開(kāi)展對(duì)GEO資產(chǎn)進(jìn)行不斷升級(jí)及整合在軌資源等一系列技術(shù)活動(dòng)。

早在21世紀(jì)初，DARPA就開(kāi)始研究太空服務(wù)概念，希望能夠?qū)ふ业教峁┙o在軌衛(wèi)星的增值服務(wù)和為現(xiàn)有GEO衛(wèi)星群增值的硬件、軟件及操作方法，相繼開(kāi)展了“軌道萬(wàn)能維修航天器”（SUMO）機(jī)械臂地面試驗(yàn)、“近期能驗(yàn)證的前端機(jī)器人”（FREND）機(jī)械臂地面試驗(yàn)和“鳳凰”（Phoenix）計(jì)劃等。2016年5月，DARPA的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)辦公室（TTO）啟動(dòng)“地球同步軌道衛(wèi)星自主服務(wù)”（RSGS）項(xiàng)目，招標(biāo)合作商業(yè)公司，旨在建立地球同步軌道（GSO）上的靈巧自主操作能力，既能提高美國(guó)現(xiàn)有空間基礎(chǔ)設(shè)施的彈性，又能開(kāi)啟空間基礎(chǔ)設(shè)施能力的革命性變化。

此次，DARPA希望通過(guò)公私合作的方式，實(shí)現(xiàn)為所有運(yùn)營(yíng)商GEO衛(wèi)星的在軌服務(wù)能力，并從中獲取多重效益。DARPA積極開(kāi)拓長(zhǎng)期GEO服務(wù)的商業(yè)市場(chǎng)，不僅會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)利益，也有利于在軌服務(wù)產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期轉(zhuǎn)型，同時(shí)增強(qiáng)空間彈性。對(duì)于RSGS項(xiàng)目，商業(yè)合作公司主要研制并運(yùn)行能夠進(jìn)行空間服務(wù)操作的自主服務(wù)航天器（RSV）平臺(tái)，DARPA將主要研制RSV的機(jī)器人有效載荷，美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室（NRL）則協(xié)助平臺(tái)與有效載荷的集成以及主要的技術(shù)接口。

2 RSGS項(xiàng)目計(jì)劃任務(wù)、研制順序及管理模式

項(xiàng)目計(jì)劃任務(wù)與預(yù)期服務(wù)能力

（1）項(xiàng)目計(jì)劃任務(wù)

RSGS項(xiàng)目的長(zhǎng)期目標(biāo)是以該項(xiàng)目的RSV為開(kāi)端，建立GSO上的持久自主服務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)持久、可靠、高性價(jià)比的GEO衛(wèi)星服務(wù)。

RSGS項(xiàng)目的架構(gòu)元素包括RSV系統(tǒng)、客戶衛(wèi)星和地面站。RSV系統(tǒng)同時(shí)為GEO“客戶”——商業(yè)衛(wèi)星和美國(guó)政府衛(wèi)星提供合作式在軌服務(wù)操作。RSV系統(tǒng)將使用政府運(yùn)載火箭運(yùn)送入軌，可能會(huì)運(yùn)送至地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO，最終轉(zhuǎn)移至GEO），也可能直接運(yùn)送至近GEO進(jìn)行激活和檢查。隨后，RSV需要完成政府的演示任務(wù)，同時(shí)也會(huì)驗(yàn)證RSV過(guò)渡到商用的準(zhǔn)備情況。目前，政府驗(yàn)證任務(wù)還未完全確定，DARPA將安排1顆或2顆驗(yàn)證客戶衛(wèi)星供RSV系統(tǒng)交會(huì)、對(duì)接并進(jìn)行服務(wù)任務(wù)。RSV系統(tǒng)的政府指定服務(wù)演示任務(wù)主要包括：

1）與未進(jìn)行在軌服務(wù)設(shè)計(jì)的客戶衛(wèi)星（沒(méi)有交會(huì)基準(zhǔn)點(diǎn)和合作抓捕目標(biāo)）自主交會(huì)，并抓捕客戶衛(wèi)星的連接接頭（Marman環(huán)、螺栓配件等）；

2）轉(zhuǎn)移客戶衛(wèi)星，演示轉(zhuǎn)移機(jī)動(dòng)推力水平下的穩(wěn)定控制；

3）在不同范圍內(nèi)檢查客戶衛(wèi)星，包括在不到1m的拍攝范圍內(nèi)進(jìn)行精密檢查；

4）在客戶衛(wèi)星結(jié)構(gòu)上施加11.35kg的作用力；

5）演示并操作空間機(jī)械臂。

RSV系統(tǒng)在完成政府的演示任務(wù)后，預(yù)計(jì)在6～9個(gè)月的時(shí)間內(nèi)將執(zhí)行商業(yè)服務(wù)任務(wù)和有償?shù)恼?wù)任務(wù)。RSV系統(tǒng)在任務(wù)壽命末期將會(huì)轉(zhuǎn)移至符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（美國(guó)政府軌道碎片減緩標(biāo)準(zhǔn)）的墳?zāi)管壍溃罱K很可能提高至近地點(diǎn)高于36100km的軌道。

（2）項(xiàng)目預(yù)期服務(wù)能力

DARPA計(jì)劃通過(guò)RSGS項(xiàng)目預(yù)期實(shí)現(xiàn)的服務(wù)任務(wù)（DARPA任務(wù)組）包括：

1）檢查。合作式診斷、檢查功能異常的GEO航天器。

2）維修。太陽(yáng)電池陣、天線展開(kāi)故障等機(jī)械異常修正。

3）轉(zhuǎn)移。協(xié)助軌道變化機(jī)動(dòng)，包括轉(zhuǎn)移客戶航天器至新的工作位置或任務(wù)后處理軌道、輔助性能差的推進(jìn)系統(tǒng)、短期延長(zhǎng)航天器壽命等。

4）升級(jí)。為運(yùn)行的合作航天器安裝升級(jí)包，提供新功能。

其中，每項(xiàng)DARPA任務(wù)組都具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對(duì)美國(guó)國(guó)家安全都很重要。DARPA任務(wù)組可以通過(guò)修正客戶航天器的異常部署、提供新的有效載荷在軌裝配方法、精密檢查客戶航天器的故障原因等方式，穩(wěn)定任務(wù)成本并提高空間結(jié)構(gòu)的彈性。除此之外，RSGS項(xiàng)目還能使航天服務(wù)產(chǎn)業(yè)更穩(wěn)健、更具變革性。

DARPA任務(wù)組：檢查、維修、轉(zhuǎn)移、升級(jí)

項(xiàng)目研制順序

RSGS項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)分為以下5個(gè)順序階段：

1）航天器及有效載荷開(kāi)發(fā)。商業(yè)公司負(fù)責(zé)研發(fā)能夠攜帶有效載荷并執(zhí)行服務(wù)任務(wù)的RSV，美國(guó)政府負(fù)責(zé)研發(fā)機(jī)器人有效載荷，同時(shí)還將開(kāi)發(fā)任務(wù)模擬能力和機(jī)器人硬件回路多自由度任務(wù)仿真能力。

2）集成。在政府支持下，商業(yè)公司將有效載荷集成至RSV中。

3）發(fā)射。政府計(jì)劃在2020年末至2021年初，將集成后的RSV直接發(fā)送至GEO或附近。

4）功能演示。在政府支持下，商業(yè)公司將進(jìn)行一系列政府指定的活動(dòng)，通過(guò)各項(xiàng)RSV在軌操作，演示有效載荷功能，并執(zhí)行安全任務(wù)。

5）商業(yè)運(yùn)營(yíng)。商業(yè)公司運(yùn)營(yíng)RSV，為政府及商業(yè)GEO衛(wèi)星提供在軌服務(wù)。

項(xiàng)目管理形式

RSGS項(xiàng)目采用公私合作模式，最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)公司研制RSV平臺(tái)，并搭載美國(guó)政府供給的機(jī)器人有效載荷，由政府負(fù)責(zé)航天器的發(fā)射。DARPA作為美國(guó)政府一方，將負(fù)責(zé)RSGS項(xiàng)目的全面管理，包括技術(shù)問(wèn)題、采購(gòu)與安全。DARPA還將負(fù)責(zé)機(jī)器人有效載荷及其自動(dòng)化任務(wù)管理軟件的開(kāi)發(fā)、制造、集成和測(cè)試，協(xié)助RSV平臺(tái)與有效載荷的集成，合作任務(wù)操作中心的關(guān)鍵軟件與機(jī)器人工作站的開(kāi)發(fā)，發(fā)射RSV入軌，并在演示任務(wù)期間進(jìn)行操作團(tuán)隊(duì)培訓(xùn)和任務(wù)支持等。另一方面，商業(yè)合作公司將在NRL的幫助下總領(lǐng)RSV系統(tǒng)工程，進(jìn)行RSV平臺(tái)的開(kāi)發(fā)以及RSV平臺(tái)與有效載荷的集成，并擁有集成系統(tǒng)的所有權(quán)與運(yùn)營(yíng)權(quán)，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)RSGS項(xiàng)目的功能演示目標(biāo)，在演示任務(wù)完成后持續(xù)運(yùn)營(yíng)集成系統(tǒng)。

在RSGS項(xiàng)目演示任務(wù)結(jié)束之后，商業(yè)合作公司與政府達(dá)成相關(guān)協(xié)議，獲取政府機(jī)器人有效載荷的所有權(quán)。該協(xié)議內(nèi)容包括：為未來(lái)服務(wù)政府客戶的任務(wù)報(bào)價(jià)；同意為政府客戶提供機(jī)器人試驗(yàn)；為政府提供運(yùn)行數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)；培訓(xùn)政府工作人員等。

而在RSGS項(xiàng)目中，RSV的商業(yè)所有權(quán)和操作權(quán)不可或缺。目前，GEO上的美國(guó)商業(yè)通信衛(wèi)星數(shù)量是政府衛(wèi)星的5倍。因此，商業(yè)衛(wèi)星使用RSV進(jìn)行在軌服務(wù)的可能性比政府衛(wèi)星高5倍，商業(yè)運(yùn)行RSV可以減少專門(mén)服務(wù)GEO政府衛(wèi)星的閑置時(shí)間，并能從商業(yè)在軌操作中獲取經(jīng)驗(yàn)，有助于之后在軌服務(wù)航天器的設(shè)計(jì)創(chuàng)新與改進(jìn)。同時(shí)，政府可以按需進(jìn)行有償在軌服務(wù)，不用專門(mén)成立RSV運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)，這種合作模式對(duì)政府具有顯著的優(yōu)勢(shì)。DARPA預(yù)計(jì)，RSV的商業(yè)服務(wù)收益足以支持其日常運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

3 RSV系統(tǒng)

RSV系統(tǒng)主要包括RSV平臺(tái)、RSV有效載荷及地面部分。

RSV系統(tǒng)

RSV平臺(tái)及主要性能

RSV系統(tǒng)能夠在GEO的任意位置進(jìn)行在軌服務(wù)。RSV平臺(tái)設(shè)計(jì)將依據(jù)但不限于商業(yè)在軌服務(wù)案例、所需的在軌服務(wù)任務(wù)總數(shù)量、在軌服務(wù)任務(wù)頻率和RSV系統(tǒng)的總?cè)蝿?wù)壽命。

（1）電力系統(tǒng)（EPS）

RSV平臺(tái)為平臺(tái)子系統(tǒng)提供發(fā)電、分配、故障管理和存儲(chǔ)服務(wù)，也為RSV有效載荷提供運(yùn)行及續(xù)航狀態(tài)的電能。RSV平臺(tái)還需要在某些任務(wù)階段利用約300Ah的存儲(chǔ)能量運(yùn)行平臺(tái)和有效載荷。RSV平臺(tái)能為有效載荷提供30～34V的電力，該電壓范圍對(duì)操作RSV有效載荷的FREND機(jī)械臂來(lái)說(shuō)很重要。

（2）指揮、遙測(cè)與數(shù)據(jù)處理（CT&DH）

RSV平臺(tái)的CT&DH系統(tǒng)能夠監(jiān)視平臺(tái)健康狀態(tài)、控制平臺(tái)子系統(tǒng)及有效載荷續(xù)航加熱裝置。平臺(tái)CT&DH系統(tǒng)為RSV系統(tǒng)提供定時(shí)源，并為有效載荷與地面站提供指揮/遙測(cè)接口。目前，RSV平臺(tái)和有效載荷數(shù)據(jù)交換的關(guān)鍵設(shè)計(jì)包括：一個(gè)用于地面指揮與遙測(cè)的完整復(fù)式差分時(shí)鐘和數(shù)據(jù)接口，一個(gè)以星上控制為目的的用于平臺(tái)和有效載荷之間指揮響應(yīng)的復(fù)式差分接口，以及一個(gè)用于高速任務(wù)數(shù)據(jù)的單向差分時(shí)鐘和數(shù)據(jù)接口。指揮與遙測(cè)/響應(yīng)回路都不會(huì)超過(guò)2Mbit/s數(shù)據(jù)速率，而地面實(shí)際指揮數(shù)據(jù)速率也在10kbit/s范圍內(nèi)。高速任務(wù)數(shù)據(jù)接口預(yù)計(jì)最小傳輸速率為10Mbit/s。

（3）通信與跟蹤（C&T）

RSV平臺(tái)為RSV系統(tǒng)提供所有的通信子系統(tǒng)。在所有任務(wù)的關(guān)鍵操作階段，需要RSV與地面站持續(xù)保持聯(lián)系。該分系統(tǒng)所需能力包括：自主操作時(shí)上行和下行鏈路速率分別為10kbit/s和10Mbit/s；上行鏈路與下行鏈路信號(hào)加密。

（4）推進(jìn)系統(tǒng)

RSV平臺(tái)推進(jìn)系統(tǒng)可以使用化學(xué)推進(jìn)和/或電推進(jìn)。推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮RSV系統(tǒng)的整個(gè)任務(wù)壽命，包括從GTO向GEO的軌道轉(zhuǎn)移、軌道維持、在軌激活與檢查、政府演示任務(wù)、全壽命周期內(nèi)商業(yè)及政府的在軌服務(wù)任務(wù)，以及任務(wù)末期的移除機(jī)動(dòng)。

（5）導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制

RSV平臺(tái)必須為三軸穩(wěn)定設(shè)計(jì)，姿態(tài)測(cè)量精度達(dá)0.05°，絕對(duì)軌道距離精度達(dá)百米，姿態(tài)控制精度達(dá)到0.25°。RSV平臺(tái)應(yīng)攜帶相對(duì)導(dǎo)航濾波器，在交會(huì)與近距離操作階段能夠以1～5Hz的頻率接收RSV有效載荷的姿態(tài)估計(jì)，并向有效載荷返回一個(gè)5Hz的濾波姿態(tài)。

為實(shí)現(xiàn)RSV系統(tǒng)與客戶衛(wèi)星的交會(huì)與近距離操作，有效載荷能為RSV平臺(tái)相對(duì)導(dǎo)航濾波器以1Hz頻率提供方位數(shù)據(jù)。與客戶衛(wèi)星交會(huì)時(shí)，其作用范圍為160～1km，在與有效載荷在軌交付（POD）系統(tǒng)交會(huì)時(shí)，其作用范圍為20～1km。同時(shí)，在1km～100m范圍內(nèi)，有效載荷以5Hz的頻率向平臺(tái)相對(duì)導(dǎo)航濾波器提供三維位置數(shù)據(jù)，在小于100m范圍內(nèi)，有效載荷實(shí)施抓捕，以5Hz的頻率向平臺(tái)相對(duì)導(dǎo)航濾波器提供六維位置數(shù)據(jù)。

（6）任務(wù)管理飛行軟件

RSV平臺(tái)和有效載荷共享任務(wù)管理器功能，因此接口的開(kāi)發(fā)將成為兩者協(xié)同工作的關(guān)鍵。平臺(tái)的任務(wù)管理器將監(jiān)視平臺(tái)和有效載荷的運(yùn)行狀態(tài)，支持各項(xiàng)任務(wù)活動(dòng)。商業(yè)合作公司研發(fā)的平臺(tái)任務(wù)管理器提供可配置多功能的故障檢測(cè)、隔離與恢復(fù)（FDIR）能力，能夠響應(yīng)平臺(tái)和有效載荷的活動(dòng)需求與故障檢測(cè)。同時(shí)，平臺(tái)任務(wù)管理功能為支持在軌服務(wù)的任務(wù)活動(dòng)，將為平臺(tái)和有效載荷提供運(yùn)行狀態(tài)。

RSV機(jī)器人有效載荷及主要性能

RSV機(jī)器人有效載荷的設(shè)計(jì)壽命一般為5～8年，在服務(wù)過(guò)程中使用高帶寬、低時(shí)延/低抖動(dòng)通信，可以使用腳本操作、自主操作及遙操作模式。以最優(yōu)化服務(wù)情況感知為目的，設(shè)計(jì)有效載荷布局（組件/工具布局、機(jī)械臂布局、近距離感知相機(jī)布局等）。RSV有效載荷布局設(shè)計(jì)有兩種方式：雙臂系統(tǒng)和單臂系統(tǒng)。都包括FREND－MK2機(jī)械臂系統(tǒng)、FREND機(jī)械臂、相機(jī)和各類(lèi)抓捕工具等。

RSV有效載荷基于FREND機(jī)器人技術(shù)，經(jīng)過(guò)在軌校驗(yàn)、調(diào)試后，進(jìn)入6～9個(gè)月的演示任務(wù)階段。RSV有效載荷能夠抓捕GEO客戶衛(wèi)星的液體遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)（LAE）、螺栓孔以及Marman環(huán)接口。RSV有效載荷為安全執(zhí)行抓捕客戶衛(wèi)星等關(guān)鍵任務(wù)，使用機(jī)器視覺(jué)算法。在進(jìn)行機(jī)械臂操作時(shí)，為確保安全進(jìn)行慢速、高精度可控移動(dòng)操作。此外，在有效載荷或平臺(tái)任務(wù)管理器檢測(cè)到異常情況時(shí)，有效載荷能夠及時(shí)自主中止抓捕任務(wù)。

（1）FREND機(jī)械臂

從21世紀(jì)初期開(kāi)始，DARPA/NRL團(tuán)隊(duì)就一直開(kāi)發(fā)在軌自主服務(wù)，為美國(guó)空間系統(tǒng)提供更先進(jìn)的能力。2005年，NRL提出FREND機(jī)械臂的需求，并進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)性采購(gòu)。2008年，生產(chǎn)商聯(lián)盟空間系統(tǒng)公司[ASI，現(xiàn)被加拿大麥德公司（MDA）收購(gòu)，成為麥德公司美國(guó)系統(tǒng)分公司]完成機(jī)械臂飛行樣機(jī)，并成功通過(guò)環(huán)境測(cè)試與功能測(cè)試。近期，DARPA“鳳凰”計(jì)劃的技術(shù)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)集中在繼續(xù)開(kāi)發(fā)機(jī)械臂與軟件控制，以及航天任務(wù)準(zhǔn)備等關(guān)鍵因素。

此次RSGS項(xiàng)目將采購(gòu)生產(chǎn)商聯(lián)盟空間系統(tǒng)公司研發(fā)的升級(jí)版的FREND－MK2機(jī)械臂，也是機(jī)器人有效載荷的核心。FREND－MK2機(jī)械臂集成了初始FREND機(jī)械臂多年的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，這組機(jī)械臂設(shè)計(jì)長(zhǎng)約2m，有7個(gè)自由度，能夠在GEO惡劣操作環(huán)境以及地球1gn的操作環(huán)境中運(yùn)行。在地面測(cè)試階段，指令速率為500Hz，機(jī)械臂末端位置精度優(yōu)于±1mm，能夠保證FREND機(jī)械臂在GEO上進(jìn)行安全、靈活、可靠的操作。

有效載荷單臂布局系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)方案

RSGS任務(wù)組的FREND－MK2機(jī)械臂的特有屬性包括：剛度大，能作為對(duì)接系統(tǒng)抓捕客戶系統(tǒng)的硬點(diǎn)；精度高，能準(zhǔn)確定位末端裝置，并與客戶航天器交互；能力強(qiáng)，能容納工具、相機(jī)和燈光等末端機(jī)械臂組件，并能通過(guò)機(jī)械臂傳遞電能和數(shù)據(jù)；可在重力環(huán)境下完成自主服務(wù)任務(wù)的地面飛行仿真測(cè)試。

（2）機(jī)器人有效載荷飛行軟件

機(jī)器人控制算法和飛行軟件是空間機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分。NRL工程師已花費(fèi)10多年時(shí)間開(kāi)發(fā)在軌服務(wù)機(jī)械臂的自主控制算法。飛行軟件包括能夠執(zhí)行腳本操作、遙操作、部分或全部自主操作的高效有效載荷任務(wù)管理器，能夠根據(jù)不同的在軌任務(wù)使用合適的操作模式，還能進(jìn)行故障檢測(cè)、隔離及恢復(fù)等操作。飛行軟件還包括能夠進(jìn)行機(jī)械臂在軌安全操作和規(guī)避在軌操作障礙的機(jī)械臂軌跡規(guī)劃等。飛行軟件能夠不斷驗(yàn)證有效載荷的安全操作，并進(jìn)行在軌服務(wù)操作的各項(xiàng)測(cè)試。此外，飛行軟件還具備能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)指揮與遙測(cè)處理、命令序列處理等的CT&DH功能。

機(jī)械臂末端系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)

（3）機(jī)械臂末端系統(tǒng)

FREND機(jī)械臂末端有旋轉(zhuǎn)工具驅(qū)動(dòng)器、力矩傳感器和電源/數(shù)據(jù)連接。為了能夠執(zhí)行更多在軌服務(wù)任務(wù)，NRL開(kāi)發(fā)能夠進(jìn)行靈活操作的機(jī)械臂末端系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括工具轉(zhuǎn)換裝置（tool changer）、工作燈、多臺(tái)照相機(jī)以及與連接FREND機(jī)械臂的控制電子設(shè)備。系統(tǒng)能夠進(jìn)行力/力矩傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)，相機(jī)和工作燈可進(jìn)行視覺(jué)伺服手臂控制和近距離檢查，也可以為遙操作地面控制提供圖像。

（4）機(jī)器人工具套件

RSGS任務(wù)的機(jī)器人工具秉承NRL的關(guān)鍵發(fā)展。在SUMO/FREND機(jī)械臂開(kāi)發(fā)階段，直接將NRL內(nèi)部原型工具安裝至FREND機(jī)械臂末端。在“鳳凰”計(jì)劃的技術(shù)研發(fā)階段，又采購(gòu)了眾多原型工具和工具轉(zhuǎn)換裝置。新的RSGS項(xiàng)目需要許多新的設(shè)計(jì)工具，主要包括根據(jù)客戶航天器與運(yùn)載火箭的不同連接形式，配備能夠抓捕客戶航天器的Marman環(huán)抓捕工具、螺栓孔抓捕工具或液體遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)抓捕工具，以及考慮POD補(bǔ)給發(fā)射的POD系統(tǒng)捕獲工具。除此之外，還包括德國(guó)航天局（DLR）開(kāi)發(fā)的四指人形手以及能夠提供部署異常分析服務(wù)的異常分析工具。

地面部分

作為RSGS項(xiàng)目的一部分，其地面部分必須支持RSV系統(tǒng)在整個(gè)GEO軌道環(huán)上的在軌服務(wù)任務(wù)。地面部分需要支持RSV平臺(tái)及有效載荷操作，也需要規(guī)劃、訓(xùn)練和執(zhí)行在軌服務(wù)任務(wù)。商業(yè)合作公司主要負(fù)責(zé)地面部分的運(yùn)營(yíng)。

地面部分需要與客戶衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商之間建立實(shí)時(shí)接口，以便協(xié)調(diào)控制與規(guī)劃執(zhí)行RSV系統(tǒng)的所有在軌服務(wù)任務(wù)。地面部分需要利用高保真模擬器及硬件回路測(cè)試設(shè)備，進(jìn)行在軌服務(wù)任務(wù)支持。地面部分對(duì)在軌服務(wù)任務(wù)的信息保障與網(wǎng)絡(luò)安全的作用關(guān)鍵，能夠提供安全的信息收集、分配和圖像存儲(chǔ)。

目前設(shè)計(jì)的地面段包括一個(gè)能夠滿足所有RSV在軌服務(wù)任務(wù)的任務(wù)運(yùn)行中心（MOC），以及一個(gè)互補(bǔ)射頻通信方案和能夠全面覆蓋GEO區(qū)域的空間基礎(chǔ)設(shè)施。

4 項(xiàng)目啟示

在軌服務(wù)任務(wù)復(fù)雜多樣

美國(guó)此次啟動(dòng)旨在服務(wù)GEO衛(wèi)星的RSGS項(xiàng)目，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)在軌檢查、維修、轉(zhuǎn)移、升級(jí)等目標(biāo)，使在軌服務(wù)任務(wù)內(nèi)容更加多樣化，也更加復(fù)雜。該項(xiàng)目將為太空資產(chǎn)的可持續(xù)利用奠定基礎(chǔ)，通過(guò)該項(xiàng)目驗(yàn)證先進(jìn)機(jī)械臂、飛行控制等先進(jìn)在軌技術(shù)，也會(huì)為進(jìn)一步的在軌服務(wù)任務(wù)做好鋪墊。

政府與商業(yè)公司合作研發(fā)

美國(guó)政府希望通過(guò)公私合作的方式進(jìn)行RSGS項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，并在2016年5月招標(biāo)合作商業(yè)公司，旨在建立地球同步軌道（GSO）上的靈巧自主操作能力。RSV入軌并成功完成政府演示項(xiàng)目后，會(huì)為各商業(yè)運(yùn)營(yíng)商的GEO衛(wèi)星提供在軌服務(wù)，也會(huì)為政府衛(wèi)星提供有償服務(wù)。美國(guó)通過(guò)這一項(xiàng)目積極開(kāi)拓長(zhǎng)期GEO服務(wù)的商業(yè)市場(chǎng)，不僅會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)利益，也有利于在軌服務(wù)產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期轉(zhuǎn)型。

增加空間彈性

美國(guó)通過(guò)該項(xiàng)目成功實(shí)現(xiàn)GEO在軌服務(wù)，既能開(kāi)啟空間基礎(chǔ)設(shè)施能力的革命性變化，又能提高美國(guó)現(xiàn)有空間基礎(chǔ)設(shè)施的彈性。空間資產(chǎn)通過(guò)在軌維修、軌道轉(zhuǎn)移、在軌升級(jí)等方式，能夠得以重新利用或升級(jí)利用，增強(qiáng)生存能力，降低脆弱性，進(jìn)而增強(qiáng)空間彈性。這也是未來(lái)空間發(fā)展的一個(gè)重要方向。