航天新观察2020/08/25
第 269期
【综合报道】8月15日，诺斯罗普·格鲁曼公司第二个“任务延寿飞行器”MEV-2发射入轨。 该飞行器的首个用户将是国际通信卫星公司的另一颗老旧卫星，即已有16年星龄的“国际通信卫星”10-02。
MEV-2发射上天之际， 此类系统的研制厂家和客户们纷纷呼呼打造标准化接口，以支持对未来卫星开展在轨服务。 MEV飞行器通过依附到液体远地点发动机的喷管上来同其服务对象对接。但今后的情况可能就不同了。越来越多的卫星完全依靠电推进，从而将不再配备液体远地点发动机。
专门负责MEV运营的全资子公司空间物流公司任务延寿飞行器项目主管安德森8月13日在一场在线会议上说，希望未来的卫星都被设计成带有用来同服务飞行器对接的接口。 更高太空机器公司（Altius Space Machines）首席执行官戈夫说，采用标准化接口会简化卫星在轨服务操作，为老旧卫星增设新能力，类似于电脑上的USB接口。 “设置标准化接口，将让打造其它服务生态体系变得容易许多。 ”在轨燃料补加创企轨道工厂公司（Orbit Fab）联合创始人希尔说，得到普遍同意的标准是全球经济健康发展的基石，可减少市场上的摩擦。 但他警告说，标准的确立不能过早，要让企业有机会来创新和顺其自然地发展。
然而，研究机构TelAstra的一项研究发现， 目前约有1/3的在轨商业静地通信卫星正在超期服役， 远高于以往年份的数字。静地卫星通常按15年的工作寿命来设计。ABS公司估计其2015年发射的ABS-3A全电卫星燃料足够用到2042年，而那意味着其实际使用寿命将长达27年。
TelAstra总裁鲁希称，让老旧卫星继续服役很可能将成为一个趋势，尤其是在电推进卫星采购增长的情况下——电推卫星轨道保持所需能量少于化学推进型号。鲁希说，老旧卫星上太阳能帆板效率的确会逐渐下降而导致功率减小，但运营商可关掉部分有效载荷，以保持有限的服务，还可以对功率有限的卫星进行共位部署，以维持对同一区域的覆盖。 “卫星运营商终究将需要订购新卫星，而在轨延寿眼下仍处于其发展初期。”
宙叔点评
在轨服务的细分领域已经呈现多个入场者，其中既有诺格这样实施了两次在轨服务飞行器发射的老牌军工企业，也有“轨道工厂”、“更高太空机器”、“宇宙尺度”等等通过收购、合作等操作设计、优化方案的初创企业，还有对这一市场表达出进军意向的欧洲重量级企业空客和泰雷兹·阿莱尼亚空间公司。
这是商业航天聚焦可持续服务的新领域，这是摩尔定律在大气层外的作用。摩尔( Moore)定律被称为计算机第一定律，是指IC（集成电路）上可容纳的晶体管数目约每隔18个月增加一倍，性能也将提升一倍。摩尔定律是由英特尔(lnte)名誉董事长戈登·摩尔( Gordon Moore)经过长期观察发现的。
“摩尔定律”可以从不同角度去理解：1、集成电路芯片上所集成的电路的数目，每隔18个月就翻一番；2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍，而价格下降一半；3、用一美元所能买到的计算机性能，每隔18个月翻两番。它们都共同阐述了一个道理，即随着科学技术的发展，获得同等性能的成本随时间而成倍或显著下降，或者说花费同样的成本可获得的性能随时间而成倍或显著上升。航天领域，在轨延寿服务正在摩尔定律中辗转进化，其纠结刚刚开始。
作为在轨服务的先行者，诺格公司2019年10月发射了MEV-1（Mission Extension Vehicle），该任务延寿飞行器已经对接了处于GEO（静地轨道）的“国际通信卫星”901卫星。就在前几天，MEV-2也发射了，目标是对接目前正位于GEO轨道的“国际通信卫星”10-02卫星。这两次任务目前是全球唯二的面向应用的在轨延寿服务，从技术上来说是航天领域的重大突破。但是，在轨延寿服务并没有像可重复使用火箭那样受到广泛追逐：有利因素和不利因素的复杂交错，让其技术趋势并不明朗。
先说有利因素，以MEV为例。第一，MEV能以较低的成本使价值高达几亿美元的大型卫星（一般是通信卫星）再次恢复工作。因为GEO大卫星寿命到期仅仅是指化学燃料用尽，但太阳能电池板、星上平台和部组件都很可能是可以继续工作的。MEV通过机械绑定让卫星保持轨位，从而完成了卫星的延寿。第二，目前全球静地轨道上约有350颗商业通信卫星，大多数未来迟早面临延寿问题，存量需求比较大。只要MEV能等，需求总会来到。第三，MEV来自诺格公司和之前轨道ATK公司的成熟技术，包括“静地星”3通信卫星平台、“天鹅座”空间站货运飞船以及美国空军“地球同步空间态势感知计划”（GSSAP）卫星所用的自主交会与跟踪仪器等等。技术转化的成本非常低。换句话说，MEV其实也是一个大中型卫星平台，只要之前有这类平台技术的公司都可以低成本短周期地启动在轨延寿服务。难怪空客和泰雷兹阿莱尼亚空间公司也开始考虑这类业务了。
再说不利因素。首要因素，就是来自前文所述摩尔定律的力量。目前在GEO轨道的卫星设计寿命一般为15年，而这15年时间里，卫星平台与载荷技术早就更新换代了。卫星且不考虑自身折旧，其技术先进性也是逐年递减的。15年前造一颗卫星的价格如果需要10亿美元，今天再造一颗同样性能的卫星价格可能也就1亿美元不到了。换一种算法，假如15年前花10亿美元造了一颗卫星，现在再花10亿美元造的卫星性能上可能抵得上10颗当年的老卫星。摩尔定律对在轨延寿服务的杀伤力太大了。对比下地面计算机。1985年世界上最快、昂贵的超级计算机系统Cray2，速度相当于30年后售价几千元人民币的Ipad。手机发展同样迅速，如果厂家以200元的价格帮你把10年前的手机返修以继续工作，你干吗？白给可能都不干。在摩尔定律下，10年前的性能和功能到现在来看几乎丧失了价值。因此，是延寿老卫星、还是以当下成本造就一颗拥有现代主流技术的新卫星，仍然需要权衡。
第二个不利因素，在于市场订单的时间风险。看似仅仅GEO市场上就有350颗商业通信卫星的存量，但这些卫星不能立即变成订单，MEV等待的时间成本太高，期间还有太多不确定性。
第三个不利因素，就是卫星技术升级带来的对接匹配问题了。随着微电子行业和动力技术的突破，卫星系统必然发生颠覆式改变。比如，之前采用液体燃料动力的GEO卫星未来会更多地采用全电推进，卫星寿命通过自身技术延长了，对外部绑定延寿的需求就没那么紧迫了。对于MEV来说，不仅等待客户的时间成本更高了，就连目前它用于绑定GEO卫星的对接机构和接口都没了。这也是当前为什么相关企业呼吁制定对接接口标准。你看，为了在轨延寿，还得动用全行业在造卫星时设计出一个机械结构，方便让MEV这类飞行器跟所造的卫星进行机械对接，这也是在轨延寿整个行业面临的成本和风险。能不能出台这个标准，标准应该是什么样的，什么时候能推出，全是未知数。
总之，GEO卫星延寿问题目前看来无最优解，只能在纠结中进化。逻辑相似的“软件定义卫星”，也面临类似问题。摩尔定律下一个最重要的因素就是时间：15年前和15年后，卫星在设计理念、硬件性能上有着不可调和的矛盾。当然，这种矛盾也是催生新型商业模式的动力。政府和企业不断探索未来范式，最终必然诞生成熟可行的在轨服务发展模式。