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鳳凰項(xiàng)目 美國航天的一場“大躍進(jìn)”?

時(shí)間:2015年07月30日 信息來源:本站原創(chuàng) 點(diǎn)擊:3383 字體:


核心提示:

日前,美國國防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局(darpa)透露,鳳凰項(xiàng)目已完成第一階段任務(wù),科研人員在軌道機(jī)器人和衛(wèi)星構(gòu)型研究方面取得了一定的進(jìn)展。

據(jù)了解,2011年,darpa啟動了鳳凰項(xiàng)目。其公開目標(biāo)是,開發(fā)和演示利用退役或廢棄的靜止軌道衛(wèi)星上仍可用的部件,組裝成新的太空系統(tǒng)。該項(xiàng)目一經(jīng)公布就引起了世界廣泛的關(guān)注,而此次這一新消息再次讓鳳凰項(xiàng)目成為世人關(guān)注的焦點(diǎn)。鳳凰項(xiàng)目受到關(guān)注,并不僅僅因?yàn)樗莇arpa的先進(jìn)研究項(xiàng)目,更因?yàn)樗南嚓P(guān)技術(shù)具有廣泛的用途,可能對人類的太空活動構(gòu)成深遠(yuǎn)的影響。

通過鳳凰項(xiàng)目,人類將可能做到真正的空間組裝,從而建立超大孔徑的光學(xué)或射頻天線,或是大型空間太陽能電站等現(xiàn)在可望而不可即的超大航天器。圖為照料飛行器組裝航天器模擬圖。

太空垃圾再利用 為靜止軌道騰地

鳳凰項(xiàng)目的著眼點(diǎn)在于寶貴的靜止軌道資源。地球只有一條靜止軌道,但這條軌道上早已密布世界各國的各種衛(wèi)星。自20世紀(jì)60年代以來,靜止軌道上失效、退役和廢棄的衛(wèi)星數(shù)不勝數(shù),這些衛(wèi)星已經(jīng)變成了太空垃圾,成為正常衛(wèi)星的最大威脅。雖然人類已經(jīng)有能力將壽命末期的靜止軌道衛(wèi)星移往軌道高數(shù)百公里的衛(wèi)星墓地,但是靜止軌道上的太空垃圾還是太多了。

因此,美國人提出了鳳凰項(xiàng)目,準(zhǔn)備利用這些衛(wèi)星上仍能工作的部件組建新的太空系統(tǒng),從而大大降低人類太空活動的成本。

據(jù)了解,人類一直在探索維修和重用這些即將退役或失效衛(wèi)星的途徑,早期曾提出了軌道推進(jìn)劑加注和軌道維護(hù)等想法。鳳凰項(xiàng)目在這些想法基礎(chǔ)上更進(jìn)一步,不是使整顆衛(wèi)星回光返照,而是讓衛(wèi)星的可用部件發(fā)揮余熱,組成新衛(wèi)星達(dá)到涅槃重生的效果。

而且,從鳳凰項(xiàng)目的能力看,它不僅能抓取失效衛(wèi)星的零部件,也可以用于軌道維護(hù)、垃圾回收甚至軌道破壞任務(wù),其實(shí)際應(yīng)用前景要比現(xiàn)有的報(bào)廢回收等說法要廣泛得多。

鳳凰項(xiàng)目跳過簡單的太空維修大膽躍進(jìn),直接利用廢棄衛(wèi)星的可用部件在軌組裝新衛(wèi)星,是它的最大特色,這也符合darpa向來支持前瞻性研究的一貫風(fēng)格。

搭積木 變廢為寶

根據(jù)darpa的說明,鳳凰項(xiàng)目首先將研制載荷軌道交付系統(tǒng)。另一個(gè)重頭戲是照料飛行器,照料飛行器是一種攜帶抓爪機(jī)械臂的衛(wèi)星。當(dāng)照料飛行器抵達(dá)軌道后,與載荷軌道交付系統(tǒng)交會并將其捕獲,存放在照料飛行器的工具帶上。照料飛行器隨后將與廢棄的退役衛(wèi)星交會,利用機(jī)械臂將載荷軌道交付系統(tǒng)內(nèi)部的衛(wèi)星積木與廢棄衛(wèi)星的可用部件尤其是天線進(jìn)行組合,最后構(gòu)成一個(gè)新的衛(wèi)星。

不過,作為一個(gè)技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目,鳳凰項(xiàng)目的難度很高。

一方面,衛(wèi)星積木概念過于超前。需要改變衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和制造概念,使用不同的小型單元實(shí)現(xiàn)不同的功能,這對微電子、微機(jī)電和其他衛(wèi)星精密零部件的設(shè)計(jì)制造水平提出了很高的要求。

另一方面,照料飛行器在技術(shù)上面臨著巨大挑戰(zhàn)。照料飛行器要與無動力和姿控的載荷軌道交付系統(tǒng)交會并完成捕獲,與廢棄衛(wèi)星交會和對接,并診斷分析衛(wèi)星上的部件是否可用,最后將衛(wèi)星積木部署到可用部件上,很多時(shí)候還需將可用的天線從廢棄衛(wèi)星上切割下來與衛(wèi)星積木共同構(gòu)成一個(gè)新的衛(wèi)星。也就是說,照料飛行器不僅要具備自主交會能力,還要具備高性能的地面通信能力,同時(shí)它要配備一個(gè)或多個(gè)高性能超靈巧的機(jī)械臂,并攜帶工具安裝衛(wèi)星積木,還需要從衛(wèi)星本體上切割天線。從設(shè)計(jì)上說,這個(gè)照料飛行器非常復(fù)雜,與姿態(tài)不確定的廢棄衛(wèi)星交會對接已經(jīng)具有很高的難度,而遠(yuǎn)程呈現(xiàn)、在軌裝配和切割等操作,也都將挑戰(zhàn)人類技術(shù)能力的極限。

迎難而上 意在長遠(yuǎn)

鳳凰項(xiàng)目難度這么大,美國為何要“迎難而上”?

據(jù)了解,鳳凰項(xiàng)目不僅可以重新利用退役衛(wèi)星上的可用部件,大大提高美國政府和軍隊(duì)太空投資的回報(bào)率,還可以使用新技術(shù)快速對現(xiàn)有衛(wèi)星進(jìn)行升級,擴(kuò)展商業(yè)衛(wèi)星服務(wù)的范圍,開拓了新市場。

通過對衛(wèi)星積木和部件重用等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,人類將可能做到真正的空間組裝,從而建立超大孔徑的光學(xué)或射頻天線,或是大型空間太陽能電站等現(xiàn)在可望而不可即的超大航天器。

通過鳳凰項(xiàng)目的研發(fā),人們還將收獲可用于衛(wèi)星的微型抗輻射電子器件、點(diǎn)對點(diǎn)連接的分布式無線機(jī)動平臺、工業(yè)控制的電子系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人末端工具和導(dǎo)航控制系統(tǒng)等諸多新技術(shù),對美國保持高端工業(yè)的領(lǐng)先地位具有一定的價(jià)值。

鳳凰項(xiàng)目的出現(xiàn)對我國也不無啟示。美國通過darpa這樣的組織,以少量資金進(jìn)行前瞻性研究,不苛求項(xiàng)目的成功,而是盡可能驗(yàn)證未來技術(shù)發(fā)展的可能,找出技術(shù)最可行的路線。

darpa的各種項(xiàng)目實(shí)施過程中研發(fā)的各種先進(jìn)技術(shù),即使技術(shù)本身并不成熟,也為未來產(chǎn)業(yè)升級提供了更多的潛力。如darpa推動出現(xiàn)的阿帕網(wǎng)和動能殺傷技術(shù),前者推動了信息化浪潮讓美國經(jīng)濟(jì)受惠至今,后者從天方夜譚的神話經(jīng)歷20多年發(fā)展成為現(xiàn)實(shí),今天更成為美國甚至全球?qū)椃烙暮诵募夹g(shù)。

這種不以成敗論英雄的進(jìn)行前沿性的研究,將是未來航天持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的必然需求。(張雪松)

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