这是我们所知的世界最先进的机器人服务卫星

# 这是我们已知的全球最先进机器人服务卫星 来源：https://arstechnica.com/space/2026/07/this-is-the-worlds-most-advanced-robotic-servicing-satellite-that-we-know-about/ "这些都是通常非常困难的事情。"  2024年10月8日，地球同步卫星机器人服务（RSGS）有效载荷位于华盛顿特区美国海军研究实验室海军空间技术中心的低温热真空舱内。图片来源：美国海军/ Sarah Peterson 2024年10月8日，地球同步卫星机器人服务（RSGS）有效载荷位于华盛顿特区美国海军研究实验室海军空间技术中心的低温热真空舱内。图片来源：美国海军/ Sarah Peterson 本周早些时候，一枚搭载两个灵活机械臂的航天器搭乘SpaceX猎鹰9号火箭发射升空，正前往地球同步轨道，开启一项计划为期十年的任务，旨在开辟卫星服务的新领域。 由诺斯罗普·格鲁曼公司拥有并建造的任务机器人飞行器（MRV）于周二从佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军基地发射升空。三个小型推进舱（每个都作为独立航天器运行）随MRV一同搭载猎鹰9号火箭升空。猎鹰9号在升空约一小时内将所有四个有效载荷部署完毕。这些卫星需要大约一年时间，从初始的椭圆降落轨道机动到赤道上方超过22,000英里（近36,000公里）的圆形轨道。在此高度，MRV和三个任务扩展舱（MEP）将与地球自转同步运行，与众多民用和军用通信卫星、导弹预警平台以及日益增多的间谍卫星处于同一类轨道。届时真正的乐趣将开始。 ## 通往发射台之路 任务机器人飞行器可以说是迄今为止发射过的最先进服务卫星。无疑，它也是我们所知最复杂的在轨服务航天器。中国于2016年向地球同步轨道发射了一颗带机械臂的卫星。2021年的另一次发射部署了实践-21（SJ-21）航天器，执行"空间碎片减缓"任务。SJ-21与一颗退役的中国导航卫星对接，将其移至更高轨道进行处置，然后返回地球同步带。中国于2025年1月发射了SJ-25燃料补加任务，几个月后与SJ-21对接，随后卫星分道扬镳，完成了显然是有史以来距离地球最远的首次燃料补加演示。额外的燃料预计将延长SJ-21的寿命，使其有可能访问和重新定位地球同步轨道上的其他卫星。 诺斯罗普·格鲁曼及其子公司SpaceLogistics与任务机器人飞行器有着相同的构想。这种能力具有明确的军事应用。去年，美国太空司令部司令斯蒂芬·怀廷将军告诉国会，中国正在"利用双重用途技术开发在轨机动反空间卫星，以瞄准我们的卫星"。他明确点出SJ-21是中国可能"用于对我们保卫本土和投射力量所依赖的卫星进行潜在进攻性目的"的任务范例。美国太空军已经拥有一支在地球同步轨道巡逻的检查卫星舰队，用于观察和报告外国航天器的活动。去年燃料补加操作期间，美国军方操作员将其中一颗检查卫星机动到SJ-21和SJ-25卫星附近。但军方官员此前并未公开承认美国拥有任何能力类似中国三颗实践卫星的卫星。诺斯罗普·格鲁曼的MRV任务改变了这一点。 五角大楼的国防高级研究计划局（DARPA）花费约4.2亿美元开发该卫星的机器人有效载荷，加上诺斯罗普·格鲁曼投资的数亿美元。这一公私合作伙伴关系将诺斯罗普·格鲁曼已有的商业卫星服务计划与DARPA的地球同步卫星机器人服务（RSGS）计划结合起来。这些计划最初是独立运行的。  诺斯罗普·格鲁曼的任务机器人飞行器，顶部装有RSGS有效载荷，位于有效载荷堆的上部位置，等待在SpaceX猎鹰9号火箭上发射。三个任务扩展舱排列在图像底部的圆柱体周围。图片来源：SpaceX 诺斯罗普·格鲁曼的任务机器人飞行器，顶部装有RSGS有效载荷，位于有效载荷堆的上部位置，等待在SpaceX猎鹰9号火箭上发射。三个任务扩展舱排列在图像底部的圆柱体周围。图片来源：SpaceX 诺斯罗普·格鲁曼开发了两颗名为任务扩展飞行器（MEV）的卫星，并于2019年和2020年发射。MEV与地球同步轨道上老化的商业通信卫星对接，接管指向和轨道控制。MRV在MEV概念基础上发展，但得益于DARPA资助的机械臂，这款新的服务航天器不必只服务于单一客户。它可以使用机械臂在多颗地球同步卫星上安装诺斯罗普的任务扩展舱。这不是燃料补加，但MRV实现了相同的目的。太空军与一家名为Astroscale的公司签订了另一份合同，计划明年在地球同步轨道演示燃料补加，这是美国公司此前从未做过的事情。 MRV还能做更多事，而不仅仅是延长寿命。它可以检查、服务、升级或维修从未为此设计的卫星。DARPA与海军研究实验室合作开发RSGS机器人有效载荷。这一机器人系统历时二十多年研发，旨在满足国防部的可靠性标准，包括冗余机械臂、航空电子设备和任务部队。RSGS有效载荷还配备了摄像机和传感器，使MRV能够自主接近、检查、捕获和升级并非为访客设计的客户卫星。 "这段通往发射台的旅程代表着数十年愿景、风险和不懈工程的结晶，"海军研究实验室海军空间技术中心代理主任伯纳德·凯尔姆在一份声明中说。DARPA于2002年首次资助海军研究实验室的空间机器人工作，当时是一项针对名为RescueSat概念的小型研究。RSGS的渊源可以追溯到该倡议。"RSGS旨在永久改变这种‘发射即抛弃’的模式，"凯尔姆说。"RSGS计划通过实现在轨干预（包括检查、机械异常排除、卫星重新定位和升级）来转变这一范式。" 这不是DARPA首次涉足卫星服务。该机构的"轨道快车"任务于2007年发射，在近地轨道完成了数月的交会对接操作、机械臂测试和其他服务演示。DARPA于2015年正式启动RSGS计划，基于海军研究实验室已在进行的机器人工作。DARPA最初选择Maxar（现为Lanteris Space Systems）作为RSGS计划的合作伙伴，但该公司退出，DARPA于2020年用诺斯罗普·格鲁曼取代了Maxar。NASA戈达德太空飞行中心在2024年取消了自己的机器人卫星服务任务后，也为RSGS计划贡献了其工程专业知识。NASA的支持包括开发动态仿真和分析工具、软件验证，以及一支飞行机器人操作员团队，在任务操作期间协助地面控制人员。 "RSGS旨在处理那些未经准备的卫星，因此它拥有更复杂的机器人技术，"DARPA的RSGS项目经理吉姆·肖梅克说。"这是作为一个操作化系统设计的。轨道快车有一个机械臂。RSGS有两个臂，这很好。它带来了更强的能力。此外，如果任务期间一个臂出现问题，它还能提供冗余。另一个区别在于，DARPA正在努力将该能力过渡到工业界，因此这是一个公私合作伙伴关系。"  此图展示了任务机器人飞行器的能力。图片来源：诺斯罗普·格鲁曼 此图展示了任务机器人飞行器的能力。图片来源：诺斯罗普·格鲁曼 ## 伸出援手 诺斯罗普·格鲁曼的前三个任务扩展舱与MRV同火箭发射，但它们使用电推进独立飞往地球同步轨道。这些每个大约洗碗机大小的舱体将在那里待命，等待MRV的机械臂抓取。拾起第一个舱体后，服务航天器将与其第一个客户卫星交会，精确对准客户卫星，将舱体安装到其发动机舱中。MEP将锁在卫星上，接管推进最长八年，像一个喷气背包或MEV的缩小版，按需在同步轨道上移动客户卫星。 "你不能用地面上的操纵杆来飞行，因为时间延迟太长，"肖梅克告诉Ars。"你必须能够要么上传任务脚本，要么让卫星自行执行。"工程师们在地面上、在地球重力的全面作用下广泛测试了机械臂。在微重力环境中情况将有所不同。"惯性在太空中的行为不同，"肖梅克说。"当你向一个方向移动臂时，整个卫星倾向于向相反方向旋转，因此臂的每一次运动都必须由控制系统补偿，以保持卫星在同一位置，这相当复杂。" "然后，当你与另一颗卫星连接时，你完全改变了动力学，因为质量和尺寸都加倍了，因此你的控制系统必须能够适应这种新配置，"他继续说道。"这些都是通常非常困难的事情。" 机械臂不仅能操作诺斯罗普的推进模块。臂的末端可以容纳不同类型的工具。本周发射的任务携带了两个舱体捕获工具，用于抓取MEP或任何带有抓取装置的其他物体。MRV还拥有两个"Marman环"工具副本，如果需要，主服务航天器可以直接抓取客户卫星。 诺斯罗普·格鲁曼和SpaceLogistics尚未确定MRV的第一个目的地将是哪颗卫星。这些公司与两家通信卫星运营商SES和Optus签订了商业协议，使用MRV为其航天器加装喷气背包。太空军预计也将使用MRV访问其至少一颗卫星。诺斯罗普·格鲁曼在发射时接管了政府资助的机器人有效载荷的所有权，但该公司仍须在首次服务调用后向DARPA提供任务表现信息。"在他们完成那项演示后，DARPA和政府基本上就退出了驾驶席，因为那时我们才真正移交控制权，"肖梅克说。随后太空军将接替DARPA作为政府合作伙伴的角色。诺斯罗普·格鲁曼将保留卫星和有效载荷的所有权，并继续负责日常操作。"他们将运行10到13年，这是平均任务寿命，"肖梅克说。"因此美国政府无需支付长期维护费用即可获得在轨服务能力。如有需要，美国政府可以与诺斯罗普·格鲁曼签订合同获得服务。"  由海军研究实验室在DARPA支持下开发的RSGS有效载荷组件。图片来源：海军研究实验室 / DARPA 由海军研究实验室在DARPA支持下开发的RSGS有效载荷组件。图片来源：海军研究实验室 / DARPA 任务管理人员在接受Ars采访时强调了MRV的适应性。这正是它区别于其他卫星服务任务的地方，肖梅克说。"RSGS拥有完整的七自由度机械臂，配备大量仪器。臂的末端可以连接多种工具作为手，并且它们具有相当多的自主控制能力，"肖梅克说。"这是通用、高灵巧度的机器人技术。" 地面团队可以建造并发射更多喷气背包，与已在地球同步轨道上的MRV会合。未来发射可以携带新工具，如刀、切割器或机器人螺丝刀，用于更深度的服务或维修。而MRV本身设计为可在轨燃料补加。诺斯罗普·格鲁曼不打算立即建造第二颗MRV，但将继续升级和增强刚刚发射的飞行器。 另一个想法是利用MRV开启轨道物流的新时代，而不仅仅是服务和延长寿命。该航天器理论上可以成为地球同步轨道物流链的一部分。一个仓库航天器，如诺斯罗普自己的ROOSTER卫星平台或蓝色起源的蓝色环，可以发射升空，携带预先放置的备件、有效载荷和传感器库存。MRV可以前来拾取这些有效载荷并将其送往需要它们的卫星。 ## 为什么是地球同步轨道？ 卫星服务的国家安全市场，起初最大的赢利点很可能在地球同步轨道，那里拥有军方一些最昂贵的数十亿美元级卫星。这些航天器是独一无二的，或以小型编队运行。尽管距地球遥远，但这使得地球同步卫星容易受到攻击。近地轨道（距地球仅数百英里）上的卫星通常是（但并非总是）大型扩散星座的一部分，如SpaceX的Starlink。除少数例外，LEO中的军用和商用卫星比GEO中的卫星成本更低、更易替换。但在LEO中，燃料补加和服务也有未来。NASA去年与卫星制造初创公司Katalyst Space Technologies签订合同，重新提升其一颗LEO中的天文学卫星。Katalyst上个月发射了该任务，航天器目前正在追踪其客户。SpaceX正计划使用其星舰火箭进行历史上最雄心勃勃的燃料补加演示。SpaceX的目标是在LEO中在星舰之间传输低温推进剂，可能在今年晚些时候或明年，作为未来大规模燃料补加行动的预实验，以支持NASA阿尔忒弥斯计划的月球着陆。这些公司