航天员和机器人在太空进行维修和建造的回顾
发布日期: 2020-05-29
信息来源: 载人航天动态
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4月25日,哈勃空间望远镜迎来了它在太空中的第30个年头。这30年是哈勃不断克服困难和挑战,不断进行修复、升级和创新的过程。多年来,它不仅进行过维修,而且还不断升级,使其成为当今最具有发现能力的设备。这表明,维护(燃料加注、维修和升级)航天器有助于增强航天飞行的可持续性、承受性和弹性。
1.航天员在轨维修任务
1.1 “天空实验室”维修
1973年,第一个空间站——“天空实验室”(Skylab),在发射过程中出现问题。在入轨过程中,“天空实验室”失去了部分外部防护罩,使得空间站上的温度不适合航天员居住。在这紧急情况下,NASA仅用几天的时间就设计、制造和测试了一个隔热罩。随后,三名航天员带着类似遮阳伞的隔热罩飞入太空,并在舱外展开,不仅拯救“天空实验室”,并为美国人提供了第一次在太空生活的机会。从此诞生了在轨维修。
1.2太阳探测卫星在轨维修
以探测太阳为主要任务的SolarMax卫星,在1980年遇到导致稳定性丧失的姿态控制问题。与Skylab不同的是,SolarMax的零部件采用模块化设计,便于更换和升级。1984年,执行航天飞机STS-41C任务的航天员成功地在轨拆除并更换了姿态控制系统故障模块,也为今后的卫星维修任务奠定了基础。
1.3 哈勃望远镜维修任务
哈勃望远镜发射后不久,NASA发现哈勃主镜有一个缺陷,使其图像模糊。随后,NASA在第一次哈勃维修任务中安装了校正光学系统。1993年至2009年间,航天员不仅维修了哈勃望远镜,还安装了一系列能力更强的科学仪器。在5次航天员维修任务的帮助下,哈勃望远镜已经成为人类历史上最具生产力的科学仪器。
2.机器人在轨维修
2.1 机器人燃料加注任务1、2
为了测试和推进燃料加注技术,NASA分别于2011年和2014年发射机器人燃料加注任务1和任务2。这两次概念验证任务验证了从国际空间站外部切割电线、移除盖子等能力,展示了在空间加注燃料所需的工具和技术。
2.2 机器人燃料加注任务3
在机器人燃料加注任务3(RRM3)中,NASA展示了传输低温燃料所需的技术。储存和加注低温液体的能力意味着航天器可以在长时间的航天飞行任务中进行燃料补给,而不必在发射时将所有的燃料预先加注到航天器中。RRM3于2018年12月发射至国际空间站,成功储存了4个月的低温液体,没有任何损失。在太空中储存制冷剂是很困难的,因为如果温度无法维持,极低的沸点会导致它们随着时间推移而蒸发掉。RRM3任务中42升(超过11加仑)液态甲烷储存了四个月,这是有史以来在太空中储存如此大量零蒸发低温液体最长的一次。除此之外,RRM3最近还演示了其三种主要机器人工具的操作。
2.3 任务扩展航天器
随着技术演示任务的完成,NASA正在为下一个重大任务做准备:设计一个为卫星加注燃料的航天器。NASA与诺斯罗普·格鲁曼公司合作,为其最近发射的任务扩展航天器(MEV)提供技术援助,以延长国际通信卫星(Intelsat)的寿命。该航天器于2019年10月发射升空,并成功与客户卫星对接,充当卫星的动力装置以提供轨道保持。
3.正在进行的航天器维修任务
将一个航天器连接到另一个航天器上以提供推力和操控,就像一个外部助推器一样,是延长航天器寿命的一种方法。另一种方法是直接给航天器加注燃料。NASA正在研发为航天器加注燃料的机器人任务所需的技术,并提供维修和升级,以实现灵活性和成本效益高的操作。OSAM-1(以前称为Restore-L)正在开发一套技术,为卫星提供全方位服务的机修工和移动加油站。OSAM-1将融合以往任务所采用的各种技术,包括灵巧的机械臂、专用工具等。NASA和Maxar技术公司将通过空间基础设施灵巧机器人(SPIDER)组装一个大型天线,这是OSAM-1任务的一部分。SPIDER还将展示在太空自主制造,用空间站上的材料制造一个10米长的吊杆。
OSAM-2(以前称为Archinaut-1)将是另一个技术演示,NASA与太空制造公司合作,将用增材制造技术在太空建造大型的结构。单独发射大型深空望远镜的部件并在太空中组装,这种技术将打破目前望远镜必须足够小才能安装在单枚运载火箭上发射的限制。(康金兰)
(责任编辑:周雁)