需要维护的人造卫星很少,绝大多数的人造卫星不需要维护,寿命到了或是坏了就被放弃。
航天器是不是可以维护,大多与这个航天器的科学价值及重要性有关。
历史上,人类对航天器的维护及维修,除了空间站外,只有哈勃空间望远镜和美国“太阳能最大使命”(SMM)探测器。其中SMM是人类第一次对一颗处于轨道上运行的卫星进行维修。
SMM最初设计是用来观测太阳紫外线、伽马射线、日冕和太阳辐照度等太阳能现象,特别是太阳耀斑爆发的情况,同时它也被用于研究太阳辐射对地球大气层的影响。SMM于1980年2月14日发射,1980年11月,SMM 姿态控制系统中的四个保险丝中的第二个失效,导致它需要依靠磁力发动机来维持飞行姿态。接下来的3年里SMM处于待机模式,在这种模式下,卫星上七种仪器中只有三种可用,因为其他仪器要求卫星准确地指向太阳。鉴于SMM在太阳观测方面的重要研究价值,NASA决定对其进行在轨维修。
(“挑战者”号航天飞机宇航员正在维修SMM卫星)
1990年4月24日发射升空的哈勃太空望远镜是最大和最通用的太空望远镜,众所周知,它既是重要的科学研究工具,也是天文学的公共关系福音,多年来NASA利用它拍摄的宇宙照片无数次成功说服国会议员们向太空研究领域进行投资。
然而当1990年哈勃发射后不久,地面科学家们就发现了哈勃是个“近视眼”,它的主镜被发现不正确,造成球面像差,影响望远镜的能力。于是美国人先后5次决定由航天飞机载着宇航员对其进行在轨调试,并更换相关模块。
(“亚特兰蒂斯”号对哈勃望远镜进行第五次维修)
被维修的卫星是模块化制造的。
这需要在设计阶段就加以考虑,目前没有任何一个国家可以临时拆开一颗人造卫星更换零部件。
就拿哈勃太空望远镜来说,它的建造时间在航天飞机之后,所以在设计的时候就已经考虑到了未来的可维护性,哈勃的大部分机构都是模块化与可更换的。
(2009年哈勃望远镜更换了一台“广角相机3”模块)
被维修的卫星应该处于正确的轨道上。
目前没有任何一个国家发射过可以执行太空维修任务的宇宙飞船,所以此前对卫星的在轨维修任务都由航天飞机来完成,这就决定了只有处于航天飞机飞行的近地轨道上的飞行器才有可能被维修,没有人能指望让航天飞机飞到距离地面36000公里的高轨道上去执行维修任务。
故障卫星的对接机构可以被捕捉。
在“挑战者”号航天飞机第一次对SMM进行在轨维修时,就因为捕获SMM发生意外,险些导致维修任务失败。
(宇航员乔治·尼尔森出舱行走,试图抓住失控的SMM)
事情的经过是这样的:
1984年4月9日,“挑战者号”航天飞机靠近500公里高空的SMM卫星,并与它保持大约60多米的距离。尼尔森将使用自带推进装置的特制宇航服(MMU)采用无系绳太空行走方式飞行10分钟左右抵达卫星,随后用特制的爪扣锁定卫星,并将其慢慢拖回到航天飞机货舱进行修理。谁知道爪扣始终无法固定住卫星,接连尝试三次均以失败告终,还导致处于稳定自转状态的卫星遭受外部扰动后发生不规则晃动。要不是在最后关头SMM的太阳能电池板很幸运地对准了太阳方向,这颗卫星就彻底报废了。
(宇航员正在维修SMM)
经过一天的努力,航天飞机终于靠近了SMM,并且用机械臂抓住了它将其带回航天飞机的坞舱内,由宇航员们对它的姿态控制系统模块和日冕仪电子设备箱进行了更换,成功地救活了这颗卫星。
卫星在轨维修任务需要合适的载人飞船。
现在的载人飞船都不具备在轨维修卫星的功能,在美国航天飞机全部退役后,美国人再也没能维修任何一颗卫星,哪怕这颗卫星有多重要、价值有多高,如果它出了故障,就只能眼看着它坠毁到大气层里。
而对于空间站的维修任务一直都有在进行,因为宇航员有足够的时间和空间执行出舱准备工作,同时用于维修的设备和材料可以使用专门的货运飞船运送到空间站,因此对于空间站的维修任务就不存在技术问题。
(宇航员在国际空间站外执行维修任务)