卫星在轨加注是指在轨道上通过直接传输方式对卫星进行推进剂补给的技术，其作用可类比“太空加油机”，可大大提高卫星的机动能力、延长卫星的工作寿命、拓展卫星的达到范围。随着卫星数量快速增加，以及对轨道机动能力的需求快速提升，可以预见，“太空加油”时代正徐徐开启。

年10月4日，世界上第一颗人造卫星于苏联拜科努尔航天中心发射成功，揭开了人类航天时代的大幕。随后，在20世纪60年代初，美国、苏联分别开始了针对卫星燃料在轨加注技术的探索。可以说，卫星在轨加注技术研究的兴起与卫星本身的诞生几乎是同步的，这正如汽车的问世催生汽车加油技术、飞机的应用催生空中加油技术一样，符合新技术起源的发展规律。

今天，各类大大小小的卫星早已遍布高、中、低地球轨道，卫星技术的各类应用也早已走入千家万户，但卫星加注技术依然处于技术验证阶段，其大规模工程化应用仍然有待时日。回顾历史，卫星在轨加注技术的发展之所以滞后这么多，其原因主要有以下三方面。一是从需求侧来看，缺乏足够强有力的牵引。受制于当前的技术发展水平，对于燃料耗尽的在轨卫星，是选择在轨加注进行延寿还是选择补发新的卫星，需要从经济性、复杂性等多方面综合衡量。而目前传统的基于“一次性使用”设计理念的卫星对于在轨加注的支持程度也非常有限。二是从供给侧来看，卫星在轨加注技术尚未发展成熟。受发射系统、在轨运行规律、自主操作要求等多种因素的制约，卫星在轨加注技术非常复杂，其研发难度远大于汽车加油技术乃至空中加油技术，这一点从对卫星进行在轨加注首先要面对其极高的运行速度就不难想象。三是尚未建立完整的配套体系。与一般的卫星单项技术不同，卫星在轨加注既要考虑服务星提供加注的能力，也要考虑目标星接受加注的能力，还要综合考虑在轨操作技术以及相关的辅助系统(如能在轨道上长期驻留的燃料仓库)等，必须按照体系的观点来进行规划和研究。

但是，随着航天技术的快速发展，近年来这三个方面的情形都在发生根本变化。一是从需求牵引来看，随着高价值卫星数量越来越多，特别是星座、编队等卫星群的大量出现，采用在轨加注的效益越来越明显、需求越来越迫切，特别是采用“一对多”的服务模式，效费比将大大提高。二是从技术推动来看，目前卫星在轨加注的主要关键技术已经获得突破，国际上不少研究计划已进入系统验证阶段，甚至即将进入工程化应用。三是从体系建设来看，近年来，配套技术如面向在轨服务的新型卫星设计、在轨操作、推进剂在轨贮存、低成本发射、任务规划等也不断取得突破，为卫星在轨加注技术的体系化建设奠定了坚实基础。

事实上，卫星在轨加注技术的重要价值已引发了世界各航天大国新一轮研究热潮。特别是美国，明确将卫星在轨加注技术作为未来卫星在轨服务体系研究的核心与关键。在经历了50余年的持续研究后，近年来卫星在轨加注技术研究步伐不断加快，如年完成的“轨道快车”计划、年启动的“机器人在轨燃料加注”计划、年启动的“复原-L”计划等，相关技术不断递进、难度不断增加，清晰表明卫星在轨加注技术正在不断逼近工程实用化。

图1“机器人在轨加注（RRM）”试验装置安装于国际空间站舱外

图2“复原-L（Restore-L）”任务构想

基于此，可以大胆预测，在年前，卫星在轨加注技术将迎来成熟的工程应用。不妨想象一下，一旦对于卫星的在轨加注以及更进一步的在轨维修等像今天对于汽车的加油与维修那样变成常规操作，航天技术将会迎来怎样的革命性变化？

在我国，卫星在轨加注技术还属于比较新的研究方向。该书作者团队是国内最早开展卫星在轨加注关键技术研究的团队之一。自年起，他们在国家计划、国家自然科学基金等持续支持下，坚持基础研究与工程应用并重，历经十余年的潜心研究，扎扎实实地完成了“理论研究－原理验证－集成试验”的研制历程。特别是在年，他们圆满完成了我国首次卫星在轨加注关键技术飞行试验(“天源一号”)，较好地集成验证了主要关键技术的研究成果，产生了较大反响。目前，该团队正在进一步开展工程化研究，全力推进我国卫星在轨加注技术的实用化发展。

本文摘编自《卫星在轨加注技术》（陈小前,张翔,黄奕勇,陈勇著.北京：科学出版社，，3）一书“序”，有删减，标题为编者所加。

卫星在轨加注技术

陈小前等著

北京：科学出版社

ISBN-7-03--5

责任编辑：陈婕，裴育

《卫星在轨加注技术》（陈小前,张翔,黄奕勇,陈勇著.北京：科学出版社，，3）是作者团队十余年研究成果的系统总结，主要对卫星在轨加注过程所涉及的近距离接近、空间对接、流体管理、高精度测量、任务规划等核心技术群进行了系统梳理；从基础科学问题出发，提出了近距离操作智能防撞控制方法、变分不等式动态接触理论、微重力条件下不对称内角流动理论、多孔介质输运特性模型、微小管径非等熵声流场耦合动力学理论等多种理论方法，且通过地面或飞行试验对理论成果进行了充分验证；详细描述了板式表面张力贮箱、多孔介质气液分离装置、微小管径多频连续式超声波测量仪、激励式液体剩余量测量仪等多类样机的设计方案与试验结果，以及空间软对接、多孔介质气液分离板式表面张力贮箱、多频连续式超声波测量仪和体积激励式液体剩余量测量仪等特有的设计方案。

内容简介

本书聚焦卫星在轨加注技术，按任务流程将其总结为“安全接近—可靠对接—稳定传输—精确测量”等过程，并以此为主线，分别提炼出近距离接近与避撞、空间软对接、流体传输与管理、剩余量与流量高精度测量、任务规划等工程问题和相应的刚柔耦合动力学、密封面分形理论、微重力流体特性、多物理场耦合等科学问题，系统阐述作者团队持续十余年理论攻关与工程实践的研究成果。本书可作为高等院校飞行器设计及相关专业研究生及高年级本科生的参考书，也可供飞行器设计领域的工程技术人员参考。

目录速览

滑动查看下一张图片

（本文编辑：王芳）

一起阅读科学!

科学出版社│

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkzp/485.html