【要闻】美启动“凤凰计划” 拆析称将挑战现有太空秩序

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最近，美国slashdot科学网站报道，美国为了回收美国太空的废弃资源，启动了“凤凰计划”。 从这个项目名称可以看出，美国国防部希望所有的太空废弃资源都能像凤凰一样用通常的浴火再生。 评论认为，“凤凰计划”项目很有可能达到一石三鸟的效果，引发新的太空武器革命，将各国引入新的太空竞争。 请看科学技术日报特约特辑——

随着空间技术在国民经济和防卫行业的广泛应用，太空已经成为强国间竞争的战术制高点。 没有各种应用卫星的支持，就不能实现现代社会方便的卫星导航、通信广播、战场侦察和监视。 但是，如果在太空运行的卫星发生故障，基本上意味着寿命在睡觉。 降低航天器的开发价格，提高航天器的利用效率，是空间技术快速发展中的一大课题。

那么，和地面一样，是否可以修理太空的航天器，更换零件？最近两年，美国国防部高等研究计划局( darpa )进行了名为“凤凰”的太空开发项目，太//k0 /。 这个新想法可能会给宇宙飞船的设计和利用带来革命性的变化。

转变为宝的创造性

自1957年人类进入太空时代以来，6000多艘宇宙飞船进入了太空。 这些宇宙飞船的重量共计有数万吨巨大。 一般来说，一颗卫星的设计寿命最短也就几个月，最长也就10到20年。 如果卫星拥有的推进剂枯竭，或者星球上的重要部件受到太空的恶劣环境影响而老化破坏，这颗卫星就会失去地面的控制，无法正常工作，有可能成为废弃卫星。 由于按照重力法则绕地球轨道飞行，这些废弃卫星在自然状态下离开轨道大多需要数十年，特别是在中高轨道运行的卫星，长时间或永久地停留在太空，成为所谓的“太空垃圾”

“太空垃圾”占有宝贵的轨道资源，影响着其他卫星的正常运行。 2009年2月11日发生了太空交通事故，美国通信卫星“铱33”与前苏联废弃卫星“宇宙2251”相撞。 两颗卫星在俄罗斯西伯利亚空在离地面790公里的高度正面相撞。 在这次冲突中，形成了数千片粗空碎片，进而污染了粗空环境。 随着更多的宇宙飞船进入轨道，曾经安静的太空现在也越来越拥挤。 其中最拥挤的是地球的静止轨道。 由于其独特的作用，这条特殊的轨道成为各国竞争的战术资源。 据说向国际电信联盟发射地球静止轨道卫星的申请都是在2030年以后。

其实，垃圾可能是放错地方的宝贝。 废弃卫星虽然全星失灵了，但有些部件依然值得再利用。 例如，卫星携带的大型天线、光检测设备占卫星体积和重量的第一部分。 根据计算，如果把每公斤的物体送到太空，发射价格将增加10000美元。 根据这个推测，如果再利用现在遗弃在地球静止轨道附近的废弃卫星，可以节约约3000亿美元的价格。 因此，这是急需开发的太空宝库。

东西方的神话传说中有一种叫凤凰的神鸟。 据报道，每500年，凤凰的生命就会最大限度地接近，在梧桐树的树枝中沐浴火，在火中获得新生。 darpa将这个以废弃为宝的太空开发项目命名为“凤凰”，开发具有轨道操作功能的空间机器人或空间操作平台。 该空之间的操作平台捕捉无法控制的废弃卫星，在轨道上直接卸下还能采用的天线、光检测设备等部件，与之后的发射空的组件( darpa称为细胞卫星)组成组

这种将废弃变成宝的创造性，提高了星载部件的利用效率，同时大幅降低了卫星的开发价格和发射价格。 更重要的是，“凤凰计划”意味着积极清除哪些不需要的太空垃圾。 如果不考虑可能的应用，这将对净化太空环境，促进太空的持续快速发展发挥重要作用。

在轨道上操作不难

从原理上看，“凤凰计划”的核心是航天器的轨道操作，似乎不太复杂。 在上世纪，美国和苏联进行过宇宙飞船的轨道操作。 1984年11月，美国“发现号”航天飞机将故障的通信卫星“西联星6号”和“帕拉PB2号”两颗卫星带回地面修理，再次发射。 哈勃太空望远镜于1990年发射升空后，美国利用航天飞机5次宇航员下船进行轨道修理和系统升级，更换哈勃望远镜光学系统、太阳能面板和配电系统

但是，与迄今为止的宇宙飞船轨道操作不同，“凤凰计划”的实现面临着相当困难。

首先是正确操作空之间的操作平台的课题，“凤凰计划”的操作目标是在地球静止轨道以上失控的废弃卫星，必须同时处理地面操作指令的传输延迟问题和高速运动目标的正确位置问题。 其次，逮捕非合作目标的课题与此前哈勃望远镜的维护不同，《凤凰计划》的空之间的操作平台是无人逮捕失控目标。 这样的目标没有对接机构，姿势未知，不稳定，为了成功捕获，空之间的操作平台需要智能化和跟踪目标的可视化，否则有两个高速运动目标直接冲突的风险。 第三，轨道组装的课题是为了再利用废弃卫星上的天线和探测设备，细胞卫星不仅需要模块化，而且需要具备与现有设备的兼容性和扩展性。 另外，这些细胞卫星是用太空组装的，缺乏地面组装时可以利用的人工调试和系统重启等环境和条件，因此需要即插即用的功能，就像我们经常使用的u盘一样，需要坞站。

低轨道航天器的捕获对接正在成熟，但在地球静止轨道那样的高度进行航天器的捕获对接是新的尝试，《凤凰计划》确实面临着很多挑战。 年7月25日，darpa将凤凰项目分割为多家航天技术企业进行授权。 atk企业与海军研究室合作研究“凤凰”项目的整体整合问题，劳拉空间系统企业研究如何搭载细胞卫星，德雷泊实验室研究“无推进剂机动”技术的姿态控制软件，三叶 另外，nasa喷气推进研究所和麻省理工大学等研究机构也参加了。 自2010年启动“凤凰计划”以来，darpa累计投入了约1亿美元的费用。

太空应用程序备受关注

“凤凰计划”成功后，宇宙飞船的开发和采用将成为革命性的。 这种具有非协调目标捕捉能力的空间操作平台将来会迅速发展到空中加油机这样的天基卫星燃料补给站，几乎可以将现有卫星的寿命从携带燃料的限制中解放出来。 另外，也有可能从根本上改变以往从卫星设计到应用的研究开发想法。 以前的航天器进入太空时，故障只能通过地面指令进行修复操作。 为了确保航天器的可靠性，其研究开发总是使用最保守成熟的技术。 “凤凰计划”的成功，不是宇宙飞船设计功能完善、五脏俱全的完美卫星，而是更大胆地尝试新材料、新技术、模块更换和组件升级方法，应用卫星或其他空之间的平台

但是，“凤凰计划”不仅适用于民间，也适用于民间。 事实上，“凤凰”项目给现有的国际空间秩序带来了新的挑战。 为了维持人类正常利用太空的秩序，《和平利用外层空间条约》确定各国有权和平利用太空，并规定太空不得部署武器。 另一方面，凤凰计划的空之间的运用平台具有捕捉非合作目标的能力，超出了现有国际空之间法律法规的“太空武器”的定义。 能够捕捉这种废弃卫星的空之间的操作平台甚至不能定义为武器的范围。 这样，通常，如果将这种空间的操作平台配置在太空上，则根据需要，指令捕捉敌人的卫星将成为优秀的武器。

新闻化条件下的现代战争充分表明了太空中卫星向地面战场提供的侦察、通信、导航和气象保障是夺取战场主动权的必要前提。 据统计，美军现在战场侦察情报的95%，通信的90%，导航定位服务的100%，气象保障新闻的100%来自太空卫星，俄罗斯军队也有70%的战术情报，通信的80%离不开卫星系统。 卫星系统成为现在战争力量的倍增器，如果卫星不提供新闻支援保障，打赢战争几乎是不可能的任务。 所以，强国都以反卫星武器为反制强敌，寻求不对称快速发展的重要途径。 由于主要国家技术的迅速发展，现在的地面拦截导弹和定向武器受到射程限制，还只能应对低轨道卫星，中高轨道卫星还没有办法。 从“凤凰”项目具备的能力来看，地球静止轨道上的通信、中继卫星、警报监视卫星也可能无法逃避被追杀的不幸。

看到轨道操作技术具有广泛的军民两用性，宇宙强国加强了对这个行业的研究。 俄罗斯塔社7月17日报道，关于国际空间站俄罗斯方面负责人弗拉基米尔·索罗维约夫透露的信息，俄罗斯专家也正在开发用于修理和试验新航天器的轨道基地。 可以预测，围绕宇宙强国之间的控制空之间争取战术顶点的斗争将更加激烈。

现在，“凤凰”项目进入了重要阶段。 根据预算文件，“凤凰”项目每年首次进行演示验证。 美军到底要用太空做什么，我们还得关注一下。 (汤付营)