歷史首次，私人衛星在地球同步軌道對接衛星提供「續命」服務
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2020 年 03 月 04 日
2020 年 2 月 5 日，全球航空航太巨頭諾斯洛普‧格拉曼的 MEV-1「Mission Extension Vehicle-1」衛星在地球同步軌道上方 180 英里的地方找到 Intelsat 的 IS-901 通訊衛星。
經過準確的定位與測試， MEV-1 於 2020 年 2 月 25 日美國東部時間 02:15 （ UTC 時間 07:15 ）與 Intelsat 901 完成對接，拉開商用衛星對接的時代的巨幕。
▲ MEV-1 與 Intelsat 901 對接。
商用衛星為什麼要在地球同步軌道對接？
相信不少人看到這個消息後都一臉茫然，地球同步軌道是什麼？為什麼要在那裡對接？衛星之間怎麼對接的？別急，這裡為你整理一下。
只要一個物體水平方向速度達到 7.9 km/s 的第一宇宙速度，就能環繞地球飛行。因為不同的用途，這些衛星的軌道有高有低，之前人類只在 300km 到 200km 的近地軌道，用裝有標準對接口的載人飛船或者太空站進行對接。
▲ 衛星軌道圖示。（ Source ：cmglee / CC BY-SA）
與載人飛船不同，通訊衛星工作在距離地球 35,900km 的地球同步軌道中，以保證繞飛速度與地球自轉相同。因為其他行星引力和太陽風的原因，同步軌道衛星需要耗費推進劑定位軌道。也就是說，推進劑消耗完畢的那一天，就是衛星失效的那一天。
▲ 同步軌道，又稱地球靜止軌道。（ Source ：Lookang many thanks to author of original simulation = Francisco Esquembre author of Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA）
通常情況下，同步軌道衛星壽命在 10 年到 15 年之間，推進劑將要耗盡時，衛星會將軌道抬高 300 公里，進入廢棄衛星軌道。如果不考慮衛星軌道推進劑問題，大部分衛星在進入廢棄軌道時仍能正常工作。
▲ 被人造物環繞的地球。
如果為這些衛星提供動力和控制能力，它們仍然可以繼續服役，這就是 MEV 系列衛星存在的理由。
MEV-1 如何與通訊衛星對接？
載人飛船和太空站之所以能對接，是因為雙方都有設計好的對接機構，對接時能相互捕獲，吸收衝擊能量後鎖定位置。
▲ 神州十一號與天宮二號對接。
而通訊衛星並沒有設計這樣的對接機構，之前的通訊衛星在設計時就沒想過要與其他太空飛行器進行對接，當然就不會將沉重的對接機構裝在衛星上了，但這不代表沒辦法進行對接。
▲ 可以清晰的看到對接環。（ Source ：Flickr/NASA Kennedy CC BY 2.0 ）
美國的太空梭在設計時就考慮到捕獲回收外太空的衛星，所以裝了機械手臂，可以用抓機器手臂捕獲衛星，這是方法一。
還有另一種方法，也就是 MEV-1 採用的方法，將一根探針從被捕獲衛星的推進噴管處插入，並穿過噴管最狹窄的部分，並在其中部署張開的「手指」。
▲ MEV-1 將探針插入廢棄衛星噴口中。
這就好像裝修時在牆上打一個「膨脹螺絲」，先將膨脹螺紋放入鑽孔中，再將釘子打入，讓膨脹螺紋與鑽孔壁卡住。
這些動作相當於完成了對接機構的捕獲功能， MEV-1 衛星在對接部位還有 3 根支柱。 MEV-1 衛星將探針向後拉，就可以將目標衛星固定在這 3 根支柱上，完成對接結構的鎖定工作。
▲ 對接過程。（ Source ：諾斯洛普‧格拉曼）
我們之前已經提到，大部分同步軌道的通訊衛星之所以失效，不是衛星設備損壞。而是缺少推進劑，無法維持正確的軌道和正確的姿態。 MEV-1 在對接後就替代了失效衛星的發動機和姿態維持系統。
▲ 形成組合體。（ Source ：影片截圖）
它將重新把衛星帶回工作軌道，並用自身的姿態控制系統穩定衛星姿態。具體地說，就是給沒油的衛星加了一個「拖車」，拖著衛星跑。
這次 MEV-1 與 Intelsat 901 衛星對接後，將推動其回到同步軌道的工作位置，並繼續服役 5 年，在 5 年服役任務後， MEV-1 將再次把 Intelsat 901 衛星送回「墳墓」軌道，解除對接後為新的太空飛行器提供軌道壽命延長服務。
（ Source ：影片截圖）
可能你會問，在一次任務週期後， MEV-1 的推進劑還夠嗎？ MEV-1 採用兩組比衝「代表太空推進的效率」超高的電推進器，可以用電磁場對推進劑加速，可以用較少的推進劑長時間推動衛星，雖然不能推動火箭上天，但改變軌道還是綽綽有餘的。
▲ 離子推進器。（ Source ：NASA / Public domain ）
MEV-1 的出現代表什麼？
一顆在地球同步軌道運行的衛星往往十分昂貴，不僅是因為衛星上搭載了精密通訊設備和精密儀器，也是因為同步軌道需要更大的火箭，發射成本也比低軌高得多。
對於這些高成本，高使用價值衛星來說，多工作一年，就能獲得更多的收益。但推進劑總有耗完的一天，如果能用其他辦法延長衛星的使用壽命，人類不但能減少同步衛星的更換頻率、提高單顆衛星的收益率，也能避免衛星在軌道失效，成為太空垃圾。
這次對接，是人類第一次用兩顆商業衛星在同步軌道進行對接，是太空運輸服務和太空垃圾處理的里程碑事件。
未來，還會有更多被埋葬在「墳墓」軌道裡的衛星死而復生，為人類帶來更高的價值。
