初創科企 衛星機械人拯救太空望遠鏡？

 

Katalyst Link太空維修機械人，大約400公斤重但體積比一般同級衛星小不小，主要重量可能來自霍爾電推引擎和推進 / 姿勢制禦用的燃料，還有相對更大型的光伏板，還有至少三隻機械手(頂部)。當然，這東西日後會否發展成真正的維修機(而不是現時的推升引擎)，還真的要看如何發展了。(圖片來自連結)

 

美國新創太空企業Katalyst Space Technologies於去年9月由NASA處接受了一項對商業航天來說史無前例的任務—拯救大型衛星。

這項任務去年開始籌劃，對象是雨燕觀測衛星(SWIFT)。這個衛星主要負擔探測瞬時爆發的迦瑪射線暴(GRB)爆發現象，是現時天文學界最重要的高能/極高能天文現像觀測儀器之一。這個衛星由2004年發射上600公里軌道後至今已有20年以上，軌道也漸漸衰減至400公里左右，然而由於近兩年太陽風暴頻發，導致上層大氣層向外擴散，阻力的增加讓包括SWIFT在內的眾多老衛星都有軌道明顯下降加快的現象，其中SWIFT甚至加快下降到大約370公里高，比人類兩個太空站都要矮了。若果再不救，該衛星將在今年9月前重返大氣層並燒毀。

Katalyst Link對接SWIFT想像圖。由於用上三個較大型的霍爾電推，電力需求較高，故其光伏板比例上也相當大。(圖片來自SPACE NEWS)

SWIFT衛星相對老舊，但大部分儀器仍運作良好，由於太空探測計劃大幅縮減(某程度上和韋伯太空望遠鏡大吃預算有關)，暫時還未有任何次世代替代方案，所以美國太空總署去年才著手制定拯救計劃。

左邊中國實踐21號衛星用的是網捕拖行法，讓衛星更易脫軌，且可阻止過程中可能的碎片擴散，更加適合大型衛星，不過軌道控制難度比較高；右為歐洲太空總署提出的捕捉法，精確度可以更高，但由於衛星外殼長期受紫外光和宇宙射線轟擊致令結構弱化，機械臂捕獲有可能弄穿衛星外殼，散播更多碎片。(圖片來自ESA及連結2)

 

嚴格來說，SWIFT拯救任務所用技術，其實是相當於現時發展中處理太空垃圾的技術「倒轉來用」。現時較為主流的處理已失去動力太空廢棄衛星的方法，都是派出有機械臂的小衛星「抱」著對方衛星，然後開動引擎拉向更高的棄置軌道或或倒轉的轉移往更低的墜落軌道，又或者直接用網或機械臂強硬讓其減速，從而加速重返大氣層過程。歐空局和中國航天部門都先後做過類似實驗。

技術人員正利用SWIFT的基座等比例模型(後面那塊圓板)，測試Katalyst Link的最佳對接方式。(網絡圖片)

Katalyst Space Technologies 現時造了一架大約400公斤左右的衛星機械人Katalyst Link，使用三台以氙為推進劑的霍爾電推推動，同時機械人身上有16個姿勢制禦噴口及三條機械臂，以在接近過程中捉住SWIFT並調整到適合距離並調整重心。本機計劃在發射後三星期內和SWIFT對接，調校好後動用霍爾電推以數月時間把SWIFT推到較高軌道處。然後機械人再脫離接觸。暫時還未知此後該機會否有燃料或壽命再作一次在軌推動試驗，或者進行一些和美國太空軍部隊有關的實驗任務……

這項任務的困難之處，一方面在於SWIFT沒有任何接合裝置，機械人用機械臂接觸固定後，SWIFT的外殼可能因為在太空中待了太久，輻射令表面變得易碎而損毀甚至解體；另一方面，對接也頗有難度，若果機械人對接姿態不對，推力重心有所偏移，SWIFT可能出現不規側的轉動，甚至向著完全不對的方向，進入錯誤的軌道。

飛馬火箭和其發射母機真正最後一次任務。現在該機已在美國西岸備便，且衛星機械人Katalyst Link已給裝上飛馬火箭的載荷艙了。(片段擷圖)

無論如何，本修理機械人可能在近期就會升空。其升空方法也夠「省」，機載空中發射的飛馬座小型運載火箭計劃雖已於2021年完結，但發射機LC-1011觀星者尚在，且最後一支後備火箭還在可發射狀態，現時Katalyst Link已經裝上最後一台飛馬火箭，並計劃於6月28日於賈賈林群島上空發射入軌。