Northrop Grumman 发射机器人航天器,用于修复卫星并延长其寿命
Northrop Grumman 发射太空机器人,为卫星提供维修和升级服务
Northrop Grumman 发射了一款先进的机器人航天器,旨在为在轨卫星提供服务,使昂贵的太空资产在原燃料耗尽之后,仍有可能被维修、升级、移动并长期保持运行状态。
该公司的 Mission Robotic Vehicle(任务机器人飞行器,简称 MRV)于 7 月 21 日从卡纳维拉尔角太空军基地搭乘 SpaceX Falcon 9 火箭发射升空,同行的还有三个较小的 Mission Extension Pod(任务扩展舱)。MRV 配备了两条全关节机器人手臂,本质上是一台可在距地球数千英里高空运行的移动式卫星机器人维修技师。Northrop Grumman 表示,该航天器将能够执行卫星检查、重新定位、维修、升级、碎片清除,甚至在太空中进行机器人组装。
Northrop Grumman 太空优势业务副总裁兼总经理 Ryan Tintner 表示:"MRV 是一类全新的先进自主太空机器人,它将不断学习和进化,为国家的新型任务提供支持。这些并非演示项目。我们在这些能力上的世界领先投资,终于为太空提供了仅受想象力限制的选项。"
让老旧卫星重获新生
MRV 的首批任务之一,将展示一种可能非常重要的卫星延寿新模式。与该航天器一同发射的三个 Mission Extension Pod(简称 MEP),实际上是可以永久安装在现有卫星上的小型推进模块。许多大型通信卫星在到达设计寿命终点时技术上仍可正常工作,但缺乏维持正确位置和姿态所需的推进剂。MEP 可以提供额外的推进能力,而无需更换整颗卫星。
MRV 的机器人手臂使其能够将这些模块运送并安装到已在轨运行的卫星上。安装完成后,MRV 可以离开并转而服务另一颗航天器。Northrop 将 MEP 称为卫星的"喷气背包"。
这些机器人手臂本身源自美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency)的地球同步卫星机器人服务项目(Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites),由美国海军研究实验室(US Naval Research Laboratory)开发。每条手臂拥有 7 个自由度(DoF),可以在 MRV 执行服务操作时操控专用工具。
从拖拽卫星到真正在卫星上作业
Northrop Grumman 在在轨卫星延寿方面已有相当丰富的经验。其子公司 SpaceLogistics 运营着两台 Mission Extension Vehicle(任务扩展飞行器,简称 MEV),这是该公司的第一代商业卫星服务航天器。MEV 并不对卫星进行维修,而是与卫星对接,并实际接管维持其运行所需的推进和姿态控制功能。
2020 年 2 月,MEV-1 与 Intelsat 901 对接,创造了历史,成为首个在地球同步轨道与卫星对接并提供延寿服务的商业航天器。Northrop 表示,其两台 MEV 随后已与三颗商业通信卫星对接,累计提供了超过 10 年的任务延寿服务。
MRV 将这一概念大幅推进。该航天器不再由自身永久提供推进能力,而是可以使用机器人手臂对另一颗卫星进行改装,然后继续转往下一目标。Northrop 表示,MRV 将能够安装 MEP、重新定位航天器,并最终执行检查、维修和升级。该公司还设想以机器人方式更换或增强卫星部件、清除碎片,以及在轨组装大型太空结构。
为长期在太空工作而设计的机器人
另一个重要区别在于,MRV 本身被设计为具有潜在的长期运行寿命。它搭载了 Northrop Grumman 的 Passive Refueling Module(被动加注模块),这是一种已被美国太空军批准为标准的对接与燃料加注接口。其目的是让这台机器人航天器本身能够在轨加注燃料,而不是在燃料耗尽后沦为又一颗一次性卫星。
MRV 此次还搭载了旨在支持未来 AI 驱动操作的计算硬件。Northrop 表示,计划利用 AI 提高可靠性和任务保障能力,同时降低运营成本,预计未来 MRV 的服务操作将具备更高的自主性。
这一组合最终可能创造出更接近可重复使用服务飞行器、而非传统卫星的产物:一台能够在不同客户之间移动、开展实体作业并补充自身燃料的机器人航天器。
Northrop 的长期目标同样宏大。SpaceLogistics 表示,其目标是在地球同步轨道建立一支商业服务飞行器舰队,能够满足广泛的在轨服务需求。
如果这一模式可行,卫星或将逐渐不再是那种以固定构型发射、运行直至发生故障或燃料耗尽、然后被遗弃的机器。相反,至少那些最大、最昂贵的航天器中的一部分,未来可能会像其他重大基础设施一样得到对待——在其整个工作寿命期间,由机器人进行检查、维护、升级和维修。