全球首个商业在轨服务航天器任务拓展飞行器-1

李侃（北京空间科技信息研究所）

“在轨服务”概念诞生于20世纪60年代美、苏航天员进入太空前后，当时由于航天技术发展与制造能力限制，在轨服务研究还仅限于有人在轨服务。当航天时代步入21世纪之后，全球经济发展水平、航天制造与发射能力得到显著提升，在轨航天器数量与年度发射数量都出现井喷式增长，在轨服务概念和技术研发的投入与关注度日渐提升。以美国、欧洲、日本为代表的世界航天强国或地区都启动了各自的在轨服务项目，但多数都还停留在方案论证与地面演示验证阶段。2019年10月9日，全球首个商业在轨服务航天器—任务拓展飞行器－1（MEV－1）成功发射，将全球在轨服务领域发展推向了一个新阶段。

1 项目背景

航天器在轨服务（OCS）是指在太空通过人、机器人或两者协同的方式完成涉及延长航天器寿命、提升执行任务能力等的一类太空操作，这一概念诞生至今已有近60年历史。

MEV项目始于2011年，项目诞生自美国维维卫星公司（ViviSat）提出的“利用MEV为在轨卫星进行在轨燃料加注”创新服务概念。2012年3月，ViviSat公司就曾对外宣布MEV项目已完成全部设计工作，但受限于没有客户采购服务，航天器后续研制进度一拖再拖。之后，MEV项目伴随ViviSat公司破产被迫转移至其原出资母公司之一的美国阿连特技术系统公司（ATK），并作为独立项目继续优化方案设计和开展全球范围的招标工作，最终在2016年成功与欧洲通信卫星公司（Eutelsat）签署了5年期在轨延寿服务合同。ATK公司在之后两经并购重组：2014年ATK公司与轨道科学公司（ORB）合并成为轨道-ATK公司（Orbital ATK）；2017年，诺格公司（Northrop Grumman）收购轨道-ATK公司，轨道-ATK公司更名为诺格创新系统公司（NGIS），作为诺格公司独立子公司运营至今。

2019年10月9日，诺格公司的MEV－1和欧洲通信卫星－5WB（Eutelsat－5WB）搭载俄罗斯质子－M（Proton－M）运载火箭成功发射，正式开启了全球商业在轨服务元年。

2 项目基本情况

航天器平台和技术参数

MEV－1基于诺格公司成熟的地球静止星－3（GEOStar－3）平台设计制造，GEOStar－3是GEOStar平台系列的最新型号，广泛应用于全球商业通信卫星研制，具有高灵活性、高成熟度和强扩展性的特点。

MEV－1的发射质量为2326kg，设计寿命15年。MEV－1与共同发射的Eutelsat－5WB通信卫星采用“一箭双星”配置构型，转移轨道转移推进类型选用全电推设计，降低了航天器的总发射质量，有效控制了项目研制与发射成本，提升了整星的商业竞争力。

此外，MEV－1还充分借鉴了用于“国际空间站”交会对接技术，为其高效开展在轨服务奠定了基础。为满足MEV－1与地球静止轨道（GEO）卫星的安全对接操作，MEV－1搭载了高精度、集成化传感器套件，能以安全、可靠的方式实现与客户卫星的对接操作。MEV－1采用的对接系统能与目前约80%的在轨GEO卫星进行对接，后续的商业应用前景广泛。

GEOStar－3平台和MEV-1主要参数表

航天器任务情况

MEV－1项目的首要目标是为国际通信卫星公司（Intelsat）已失效的Intelsat－901卫星提供为期5年的在轨燃料加注与延寿服务。

MEV－1搭载有效载荷示意图

Intelsat－901卫星已在轨运行约18年，目前已执行离轨处置操作，卫星处于坟墓轨道。根据Eutelsat公司评估，Intelsat－901卫星退役的主要原因是推进剂燃料耗尽，但星上航电设备和有效载荷部分仍能正常运行，通过采购在轨服务延长卫星寿命，能有效降低补星发射的成本，提升公司整体的管理与服务质量。

按照计划，MEV－1完成在轨释放后，利用搭载的全电推系统到达Intelsat－901卫星所在GEO坟墓轨道。MEV－1在通过星载照明与视觉系统抵近目标卫星后，执行交会对接操作，计划与其远地点发动机侧面完成对接。MEV－1与Intelsat－901卫星对接完成的组合体“新卫星”在通过基本在轨测试后，利用GEOStar－3平台提供的灵活姿轨控系统，将“新卫星”再次转移至GEO业务轨位，为Intelsat－901卫星提供额外5年业务运行所必需的服务支持。

整个延寿服务结束后，Intelsat－901卫星将再次执行离轨处置，返回坟墓轨道；而MEV－1与其完成分离操作，在剩余设计寿命内，为下一个或多个客户卫星提供在轨服务。

3 项目后续与应用前景

MEV－1作为MEV项目的首发星，选取仅丧失姿轨控燃料的Intelsat－901卫星作为首个客户服务对象，成功开启在轨服务商业新纪元。按照原项目规划，将研制最少5个MEV系列航天器，为目标客户提供定制在轨服务操作。从目前诺格公司公布的计划来看，MEV－2将在2020年内搭载阿里安－5（Ariane－5）运载火箭发射，暂定首要服务时间也是5年期，但具体客户情况暂未对外公开。

除MEV系列航天器外，诺格公司还在2018年对外公布了灵活性更高的新型商业在轨服务航天器—“任务机器人飞行器”（MRV）。MRV将基于MEV原型进行改进，采取功能模块化升级设计，额外搭载10～12个“任务扩展箱”（MEP）和空间机械臂装置。MRV与MEV服务方式有所区别，MEV是通过与客户卫星对接成为新卫星提供完整姿轨服务，整个服务周期内不能与客户卫星分离；而MRV则在对接后利用空间机械臂载荷，将1个MEP在轨安装在客户卫星上，由MEP为客户卫星提供有限的位置维持延寿服务，MRV可在安装完毕后直接分离。根据诺格公司规划设计，1个MEP能为客户卫星提供约5年期的服务，与单次MEV提供服务时间相当，但设计周期内服务次数显著增加，能为约10～12个客户卫星提供服务。

诺格公司的MEV系列和后续MRV航天器主要以黄金轨道GEO卫星为服务对象，能为商业公司的故障或退役卫星提供简单的在轨延寿服务，能够有效降低卫星补网研制与发射成本，具有很强的商业应用前景。一旦诺格公司首次服务取得成功，必将吸引更多的商业运营商、政府用户，甚至军用客户购买定制服务。随着近几年在轨航天器数量不断增多、频率和轨位资源日渐紧张、商业保险费用逐年增加，一旦在轨服务商业模式与能力水平变得成熟，未来必将在全球航天产业中占据重要份额。

MEV－1在轨工作示意图

截至2019年10月底，全球在轨GEO卫星数量为560颗，其中通信卫星占比达到了86%，且绝大多数都是商业通信卫星。可以推断，未来短期的商业在轨服务主要客户依旧是商业通信卫星运营商或相关国家政府机构。

4 小结

MEV－1成功发射标志着全球在轨服务研究迈入了新时代，作为在轨演示与实际服务的首个商业平台，将为Eutelsat公司的Intelsat－901卫星提供5年期在轨延寿服务。美国作为全球在轨服务研究的领跑国家，在军、民、商领域都有在研的在轨服务航天器。2019年10月，商业在轨服务航天器MEV－1最终完成了首发工作，将为GEO轨道目标客户提供延寿服务，其获取的宝贵试验与在轨数据也能加速民、军用在轨服务航天器研制进程。