【文/觀察者網(wǎng)專欄作者 白玉京】

空中加油技術(shù)的誕生讓戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)半徑得到極大擴(kuò)展，現(xiàn)在運(yùn)油20也成為中國(guó)現(xiàn)代化空軍力量的核心支柱。如今，中國(guó)將這一理念拓展至宇宙深處，太空加油機(jī)正呼之欲出。

2025年1月7日，中國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射了實(shí)踐二十五號(hào)衛(wèi)星，標(biāo)志著中國(guó)在太空加油領(lǐng)域邁出了重要一步。這顆衛(wèi)星是中國(guó)首次進(jìn)行太空加油實(shí)驗(yàn)的重要航天器，其成功發(fā)射不僅展示了我國(guó)在軌服務(wù)技術(shù)的重大進(jìn)展，也預(yù)示著中國(guó)將逐步縮小與美國(guó)在這一領(lǐng)域的差距。

長(zhǎng)三乙發(fā)射實(shí)踐二十五號(hào)，說(shuō)明這顆衛(wèi)星是個(gè)大塊頭 央視

為什么要進(jìn)行太空加油

在浩渺的宇宙中，地球靜止軌道（GEO）如同一條璀璨的光環(huán)，支撐著全球的通信、導(dǎo)航、氣象觀測(cè)等關(guān)鍵任務(wù)。它承載著無(wú)數(shù)重要的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的正常運(yùn)行直接影響著全球經(jīng)濟(jì)、軍事和科學(xué)研究。然而，這些“太空巨人”卻面臨一個(gè)無(wú)法回避的現(xiàn)實(shí)——燃料的枯竭。一旦燃料耗盡，衛(wèi)星將失去姿態(tài)控制和軌道維持能力，最終走向報(bào)廢或淪為太空垃圾。

對(duì)于GEO衛(wèi)星而言，燃料耗盡是導(dǎo)致“退役”的主要原因。這類衛(wèi)星通常重量較大、造價(jià)高昂。例如，作為中國(guó)天地一體化通信系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分的天通一號(hào)通信衛(wèi)星質(zhì)量約為5.5噸，它正為包括華為手機(jī)在內(nèi)的設(shè)備提供天地通信服務(wù)；此外，采用東方紅五號(hào)平臺(tái)，專用于驗(yàn)證新一代高通量通信技術(shù)的實(shí)踐二十號(hào)衛(wèi)星作為中國(guó)最重的GEO衛(wèi)星，質(zhì)量高達(dá)8噸。這些衛(wèi)星的高價(jià)值與高成本，使得通過(guò)太空加油延長(zhǎng)其使用壽命成為合理且必要的選擇。

人類首個(gè)太空加油機(jī)MEV-1 Orbital ATK

正因如此，“太空加油”應(yīng)運(yùn)而生。這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)在軌為衛(wèi)星補(bǔ)充燃料，可以顯著延長(zhǎng)衛(wèi)星壽命，減少昂貴的衛(wèi)星更換頻率，提高資源利用效率。

值得一提的是，美國(guó)在太空加油技術(shù)上起步較早。2019年，諾斯羅普·格魯曼公司通過(guò)MEV-1任務(wù)擴(kuò)展飛行器成功為一顆名為IS-901的通信衛(wèi)星補(bǔ)充燃料，延長(zhǎng)了其5年的使用壽命。這是全球首個(gè)成功的商業(yè)化太空加油任務(wù)。MEV-1的工作原理是與目標(biāo)衛(wèi)星進(jìn)行精確軌道對(duì)接，通過(guò)專門設(shè)計(jì)的接口輸送燃料。這次任務(wù)不僅驗(yàn)證了太空加油的可行性，還為未來(lái)的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)提供了樣板。

與美國(guó)相比，中國(guó)的太空加油技術(shù)起步稍晚，但進(jìn)展迅速。中國(guó)在短時(shí)間內(nèi)完成技術(shù)驗(yàn)證和系統(tǒng)研制，尤其是驗(yàn)證了自主導(dǎo)航、機(jī)械臂精確對(duì)接等關(guān)鍵技術(shù)。相比重新發(fā)射一顆新衛(wèi)星，通過(guò)太空加油延壽的成本可降低35%以上。

太空加油機(jī)MEV-1（右）抓住目標(biāo)衛(wèi)星（左），兩者合體 諾·格

中國(guó)太空加油之路

中國(guó)在太空加油領(lǐng)域的探索起步較晚，但進(jìn)展迅速。2017年4月，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室成功對(duì)接，驗(yàn)證了在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)，標(biāo)志著中國(guó)具備了在軌交會(huì)對(duì)接和推進(jìn)劑傳輸?shù)哪芰?。這一突破為后續(xù)在軌服務(wù)技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

在2021年和2022年的珠海航展上，航天科技集團(tuán)第八研究院展示了新一代補(bǔ)加服務(wù)飛行器的模型。這款飛行器具備自主導(dǎo)航、精確對(duì)接和多功能補(bǔ)給能力，不僅可以為GEO衛(wèi)星提供燃料補(bǔ)加，還能夠進(jìn)行補(bǔ)氣、補(bǔ)液和補(bǔ)電等多類型服務(wù)。

飛行器采用模塊化設(shè)計(jì)，前端配備了雷達(dá)與光學(xué)傳感器，可實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航與目標(biāo)識(shí)別。其機(jī)械臂具備高自由度運(yùn)動(dòng)能力，能夠在復(fù)雜空間環(huán)境下完成精準(zhǔn)對(duì)接任務(wù)。補(bǔ)加飛行器一次可攜帶約1.3噸燃料，按照每顆衛(wèi)星補(bǔ)加50千克計(jì)算，理論上可以為26顆衛(wèi)星提供延壽服務(wù)。這樣的設(shè)計(jì)使得中國(guó)具備了大規(guī)模在軌服務(wù)的潛力。

2022年1月，中國(guó)的實(shí)踐二十一號(hào)（SJ-21）衛(wèi)星成功與一顆已報(bào)廢的北斗二號(hào)G2導(dǎo)航衛(wèi)星對(duì)接，并將其拖至地球靜止軌道上方的“墓地軌道”。這一操作展示了中國(guó)在處理太空垃圾和非合作目標(biāo)對(duì)接方面的能力——非合作目標(biāo)對(duì)接是實(shí)施太空加油、太空維修的關(guān)鍵能力之一。

航天八院在珠海航展展出的“補(bǔ)加服務(wù)飛行器”，注意小巧的機(jī)械臂，用于捕獲目標(biāo)飛行器 作者供圖

實(shí)踐二十五號(hào)衛(wèi)星及其后續(xù)任務(wù)，或需驗(yàn)證以下關(guān)鍵技術(shù)：

自主導(dǎo)航與精確對(duì)接：衛(wèi)星通過(guò)雷達(dá)與光學(xué)成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)衛(wèi)星的高精度跟蹤與識(shí)別。

機(jī)械臂操作與補(bǔ)加接口：采用自主研發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)接接口，確保燃料補(bǔ)加過(guò)程的安全與穩(wěn)定。

多任務(wù)能力：

除燃料補(bǔ)加外，包括不限于故障排查與軌道調(diào)整能力，為未來(lái)的在軌服務(wù)提供更多可能性。