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在3.6万千米高的地球同步轨道上,跑着全世界最贵的一批卫星:通信卫星、导弹预警卫

在3.6万千米高的地球同步轨道上,跑着全世界最贵的一批卫星:通信卫星、导弹预警卫星、侦察卫星,一颗动辄几十亿美元。它们有一个共同的死法:燃料烧完。哪怕所有部件都好好的,也只能原地变成太空垃圾。

7月21日,美国佛罗里达州卡纳维拉尔角太空军基地,SpaceX的一枚猎鹰9号火箭把一个修理工送上了天。它叫任务机器人飞行器(Mission Robotic Vehicle,MRV),由美国诺斯罗普·格鲁曼公司(Northrop Grumman)建造,长着两条灵活的机械臂,计划在轨工作10年以上,专门给从没设计过接受维修的卫星做保养。

跟它同箭升空的,还有3个洗碗机大小的小型推进舱,名叫任务扩展舱(Mission Extension Pod,MEP),每个都是一颗能独立飞行的小卫星。火箭起飞后约1小时,4个载荷就被全部释放,接下来它们要花大约1年时间,靠电力推进慢慢爬进赤道上空3.6万千米的圆形轨道。在这个高度,卫星绕地球一圈约24小时,与地球自转同步,看上去像钉在天上不动,各国军方的通信、预警和侦察卫星都挤在这里。

爬到位之后,好戏才开场。

MRV的干活方式像个快递员兼安装工:先用机械臂抓起一个任务扩展舱,飞到客户卫星旁边精确对准,把扩展舱装进卫星的发动机舱里锁死。从此扩展舱接管这颗卫星的推进和轨道调整,最长可以顶8年,等于给一颗燃料快烧完的老卫星背上一个喷气背包。扩展舱不给老卫星输血,它自己带着发动机,直接给老卫星当“腿脚”。

第一单生意服务谁,诺斯罗普·格鲁曼还没公布。已知名单上有两家通信卫星运营商SES和澳大利亚的Optus,美国太空军预计也会使用MRV服务至少一颗己方卫星。

难就难在,这些卫星当年压根没想过会有访客,身上没有任何为维修准备的接口。而且距离太远,信号在天地之间跑一个来回要约半秒,地面操作员没法用手柄实时遥控。DARPA的项目经理吉姆·舒梅克说:“你得事先上传任务脚本,或者让卫星自己执行。”所以这两条机械臂每条都有7个自由度,和人手臂的灵活度相当,末端能换工具,还配了相机和传感器,可以自主完成靠近、检查、捕获的一整套动作。

另一个麻烦藏在物理里。工程师在地面完整重力下把机械臂测了个遍,但太空里惯性是另一回事:机械臂朝一个方向转,整颗卫星会朝反方向打转,每个动作都得由控制系统实时补偿。一旦抓住另一颗卫星,质量和尺寸翻倍,整个系统的动力学彻底改变,控制系统得当场适应这个新组合。舒梅克的评价是:“这些事情往往非常难。”

这套机械臂来头不小。它出自美国海军研究实验室,由美国国防部高级研究计划局(DARPA)出钱,项目全名地球同步卫星机器人服务(RSGS)。谱系能追到2002年DARPA资助的一项小研究,2015年正式立项,前后打磨了20多年,机械臂、电子设备全按军用可靠性标准做了双份备份。DARPA在这套载荷上花了约4.2亿美元,还不算诺斯罗普·格鲁曼自己投的几亿美元。

中间也经历过波折。DARPA最初选的合作方是Maxar,这家公司中途退出,2020年才换成诺斯罗普·格鲁曼。2024年NASA砍掉自己的机器人维修项目后,也把仿真工具、软件验证团队和飞行机器人操作员送了过来。

在此之前,这条赛道上最显眼的是中国。2016年,中国把一颗带机械臂的卫星送入地球同步轨道;2021年发射的实践21号,把一颗报废的导航卫星拖到更高的处置轨道,自己又回到同步带;2025年1月实践25号升空,几个月后与实践21号对接再分离,据推测完成了在离地这么远的轨道上的首次在轨加注演示。美国太空军一颗监视卫星当时就机动到附近围观。同样一双能装背包的手,也能把别人的卫星挪个位置,这层意思各方都清楚。而在此之前,美国官方从未公开承认自己拥有同类型的卫星。MRV上天,改变了这一点。

严格说,MRV不给卫星加油,但干的活殊途同归:都是让卫星活得久一点。真正的加注演示由美国太空军另签给日本公司Astroscale,明年在地球同步轨道进行。

MRV的胃口也不止于装喷气背包。这次上天,它带了两套抓取扩展舱的工具,还有两套马曼环工具。马曼环是卫星与火箭连接处的一圈金属卡箍,整颗卫星最结实的位置之一,机械臂可以直接扣住它,把整颗卫星拖走。以后地面还能往上送新工具:刀、剪钳、电动螺丝刀,干更侵入式的维修。3个扩展舱用完了,可以再发射补货,MRV自身也设计成能在轨加注。

再往后想一步,诺斯罗普·格鲁曼打算让MRV变成太空物流的一环:仓库卫星提前把备件、载荷囤在地球同步轨道上,MRV负责取货送货,哪颗卫星需要就送上门。

为什么先盯地球同步轨道?因为军方最贵、最独一无二的卫星全在这里,一颗一个型号,坏了很难快速替换,也最容易被盯上。近地轨道上的卫星则多属于星链那样动辄几千颗的大星座,单颗便宜,损失一颗通常更容易承受。

各家路线不同,方向却一致。在轨道上,用完就扔的规矩延续了将近70年。等这两条机械臂伸出去,它可能真的要开始松动了。

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图一:2024年10月8日,地球同步卫星机器人服务(RSGS)载荷安放在美国海军研究实验室海军空间技术中心的低温热真空试验舱内,图源:美国海军/Sarah Peterson图二:诺斯罗普·格鲁曼的任务机器人飞行器(顶部为RSGS载荷)位于载荷堆栈的上方,等待由SpaceX的猎鹰9号火箭发射;下方圆柱周围布置着3个任务扩展舱,图源:SpaceX图三:任务机器人飞行器的能力示意图,图源:诺斯罗普·格鲁曼图四:美国海军研究实验室在DARPA支持下研制的RSGS载荷组件,图源:美国海军研究实验室/DARPA

信源:Clark, Stephen. "This is the world's most advanced robotic servicing satellite—that we know about." Ars Technica, 24 July 2026