全球首個商業在軌服務航天器任務拓展飛行器-1

李侃（北京空間科技信息研究所）

“在軌服務”概念誕生于20世紀60年代美、蘇航天員進入太空前后，當時由于航天技術發展與制造能力限制，在軌服務研究還僅限于有人在軌服務。當航天時代步入21世紀之后，全球經濟發展水平、航天制造與發射能力得到顯著提升，在軌航天器數量與年度發射數量都出現井噴式增長，在軌服務概念和技術研發的投入與關注度日漸提升。以美國、歐洲、日本為代表的世界航天強國或地區都啟動了各自的在軌服務項目，但多數都還停留在方案論證與地面演示驗證階段。2019年10月9日，全球首個商業在軌服務航天器—任務拓展飛行器－1（MEV－1）成功發射，將全球在軌服務領域發展推向了一個新階段。

1 項目背景

航天器在軌服務（OCS）是指在太空通過人、機器人或兩者協同的方式完成涉及延長航天器壽命、提升執行任務能力等的一類太空操作，這一概念誕生至今已有近60年歷史。

MEV項目始于2011年，項目誕生自美國維維衛星公司（ViviSat）提出的“利用MEV為在軌衛星進行在軌燃料加注”創新服務概念。2012年3月，ViviSat公司就曾對外宣布MEV項目已完成全部設計工作，但受限于沒有客戶采購服務，航天器后續研制進度一拖再拖。之后，MEV項目伴隨ViviSat公司破產被迫轉移至其原出資母公司之一的美國阿連特技術系統公司（ATK），并作為獨立項目繼續優化方案設計和開展全球范圍的招標工作，最終在2016年成功與歐洲通信衛星公司（Eutelsat）簽署了5年期在軌延壽服務合同。ATK公司在之后兩經并購重組：2014年ATK公司與軌道科學公司（ORB）合并成為軌道-ATK公司（Orbital ATK）；2017年，諾格公司（Northrop Grumman）收購軌道-ATK公司，軌道-ATK公司更名為諾格創新系統公司（NGIS），作為諾格公司獨立子公司運營至今。

2019年10月9日，諾格公司的MEV－1和歐洲通信衛星－5WB（Eutelsat－5WB）搭載俄羅斯質子－M（Proton－M）運載火箭成功發射，正式開啟了全球商業在軌服務元年。

2 項目基本情況

航天器平臺和技術參數

MEV－1基于諾格公司成熟的地球靜止星－3（GEOStar－3）平臺設計制造，GEOStar－3是GEOStar平臺系列的最新型號，廣泛應用于全球商業通信衛星研制，具有高靈活性、高成熟度和強擴展性的特點。

MEV－1的發射質量為2326kg，設計壽命15年。MEV－1與共同發射的Eutelsat－5WB通信衛星采用“一箭雙星”配置構型，轉移軌道轉移推進類型選用全電推設計，降低了航天器的總發射質量，有效控制了項目研制與發射成本，提升了整星的商業競爭力。

此外，MEV－1還充分借鑒了用于“國際空間站”交會對接技術，為其高效開展在軌服務奠定了基礎。為滿足MEV－1與地球靜止軌道（GEO）衛星的安全對接操作，MEV－1搭載了高精度、集成化傳感器套件，能以安全、可靠的方式實現與客戶衛星的對接操作。MEV－1采用的對接系統能與目前約80%的在軌GEO衛星進行對接，后續的商業應用前景廣泛。

GEOStar－3平臺和MEV-1主要參數表

航天器任務情況

MEV－1項目的首要目標是為國際通信衛星公司（Intelsat）已失效的Intelsat－901衛星提供為期5年的在軌燃料加注與延壽服務。

MEV－1搭載有效載荷示意圖

Intelsat－901衛星已在軌運行約18年，目前已執行離軌處置操作，衛星處于墳墓軌道。根據Eutelsat公司評估，Intelsat－901衛星退役的主要原因是推進劑燃料耗盡，但星上航電設備和有效載荷部分仍能正常運行，通過采購在軌服務延長衛星壽命，能有效降低補星發射的成本，提升公司整體的管理與服務質量。

按照計劃，MEV－1完成在軌釋放后，利用搭載的全電推系統到達Intelsat－901衛星所在GEO墳墓軌道。MEV－1在通過星載照明與視覺系統抵近目標衛星后，執行交會對接操作，計劃與其遠地點發動機側面完成對接。MEV－1與Intelsat－901衛星對接完成的組合體“新衛星”在通過基本在軌測試后，利用GEOStar－3平臺提供的靈活姿軌控系統，將“新衛星”再次轉移至GEO業務軌位，為Intelsat－901衛星提供額外5年業務運行所必需的服務支持。

整個延壽服務結束后，Intelsat－901衛星將再次執行離軌處置，返回墳墓軌道；而MEV－1與其完成分離操作，在剩余設計壽命內，為下一個或多個客戶衛星提供在軌服務。

3 項目后續與應用前景

MEV－1作為MEV項目的首發星，選取僅喪失姿軌控燃料的Intelsat－901衛星作為首個客戶服務對象，成功開啟在軌服務商業新紀元。按照原項目規劃，將研制最少5個MEV系列航天器，為目標客戶提供定制在軌服務操作。從目前諾格公司公布的計劃來看，MEV－2將在2020年內搭載阿里安－5（Ariane－5）運載火箭發射，暫定首要服務時間也是5年期，但具體客戶情況暫未對外公開。

除MEV系列航天器外，諾格公司還在2018年對外公布了靈活性更高的新型商業在軌服務航天器—“任務機器人飛行器”（MRV）。MRV將基于MEV原型進行改進，采取功能模塊化升級設計，額外搭載10～12個“任務擴展箱”（MEP）和空間機械臂裝置。MRV與MEV服務方式有所區別，MEV是通過與客戶衛星對接成為新衛星提供完整姿軌服務，整個服務周期內不能與客戶衛星分離；而MRV則在對接后利用空間機械臂載荷，將1個MEP在軌安裝在客戶衛星上，由MEP為客戶衛星提供有限的位置維持延壽服務，MRV可在安裝完畢后直接分離。根據諾格公司規劃設計，1個MEP能為客戶衛星提供約5年期的服務，與單次MEV提供服務時間相當，但設計周期內服務次數顯著增加，能為約10～12個客戶衛星提供服務。

諾格公司的MEV系列和后續MRV航天器主要以黃金軌道GEO衛星為服務對象，能為商業公司的故障或退役衛星提供簡單的在軌延壽服務，能夠有效降低衛星補網研制與發射成本，具有很強的商業應用前景。一旦諾格公司首次服務取得成功，必將吸引更多的商業運營商、政府用戶，甚至軍用客戶購買定制服務。隨著近幾年在軌航天器數量不斷增多、頻率和軌位資源日漸緊張、商業保險費用逐年增加，一旦在軌服務商業模式與能力水平變得成熟，未來必將在全球航天產業中占據重要份額。

MEV－1在軌工作示意圖

截至2019年10月底，全球在軌GEO衛星數量為560顆，其中通信衛星占比達到了86%，且絕大多數都是商業通信衛星。可以推斷，未來短期的商業在軌服務主要客戶依舊是商業通信衛星運營商或相關國家政府機構。

4 小結

MEV－1成功發射標志著全球在軌服務研究邁入了新時代，作為在軌演示與實際服務的首個商業平臺，將為Eutelsat公司的Intelsat－901衛星提供5年期在軌延壽服務。美國作為全球在軌服務研究的領跑國家，在軍、民、商領域都有在研的在軌服務航天器。2019年10月，商業在軌服務航天器MEV－1最終完成了首發工作，將為GEO軌道目標客戶提供延壽服務，其獲取的寶貴試驗與在軌數據也能加速民、軍用在軌服務航天器研制進程。