歐空局的RISE 如何拯救衛星、減少太空垃圾
歐空局開創性的RISE 任務旨在開創地球靜止衛星在軌服務的先河,延長衛星的運行壽命,同時展示可持續的太空實踐,如加註燃料和翻新。透過防止新的太空碎片和展示在軌循環經濟的可行性,RISE 試圖改變目前廢棄廢舊衛星的浪費做法。

RISE是歐空局與D-Orbit公司合作的任務,將透過在軌服務延長地球靜止衛星的壽命,避免產生新的碎片,促進資源再利用,從而創造一個可持續發展的太空環境。 來源:D-Orbit
歐空局的首個在軌服務任務RISE在促進空間永續性方面取得了重大進展。 歐空局與共同出資的主承包商D-Orbit 公司簽署了一份價值1.19 億歐元(約1.29 億美元)的合約。
RISE是一項商業任務,旨在展示與地球靜止衛星安全交會對接的能力。 一旦任務的性能標準得到驗證,D-Orbit將開始為這些衛星提供商業延壽服務。
這項任務標誌著在軌服務的重大進步,包括加油、翻新和組裝,這是發展太空循環經濟的關鍵步驟。

RISE 是一項商業在軌服務任務,它將證明自己能夠安全地與地球靜止客戶衛星交會對接,從而延長需要姿態和軌道控制支援但其他方面正常的地球靜止衛星的壽命。 在首次展示中驗證其達到所有性能標準後,主承包商、營運商和共同出資人D-Orbit公司將開始為地球靜止衛星提供商業延壽服務。
歐空局太空安全計畫的一個重要部分是致力於清除並保持地球軌道上的太空碎片。 從長遠來看,歐空局希望促進真正的太空循環經濟,盡可能減少航太飛行對地球及其資源的影響。 作為歐空局”零碎片”方法的一部分,歐空局的新任務將為安全運行和處置而設計,以便在2030年停止產生新的碎片。 但為什麼要止步於此?
在軌服務是歐空局太空永續發展方法的合理延續。 歐空局局長約瑟夫-阿施巴赫(Josef Aschbacher)說:”延長衛星的使用壽命可以讓空間運營商從現有的空間資產中獲得更多的數據和收入,從而大大提高空間的可持續性和我們在太空領域的競爭力。
與D-Orbit 公司簽訂的合約反映了歐空局透過投資關鍵在軌服務能力來鞏固歐洲作為空間永續性負責任領導者角色的承諾。
歐空局的RISE任務將由D-Orbit公司在1.19億歐元的基礎上建造、運營和共同出資,並將展示與地球靜止衛星對接、操縱衛星然後釋放衛星的能力。 在驗證過程成功後,歐空局的參與就結束了,因為這顆衛星預計將在軌道上運行八年,為現役地球靜止衛星提供商業服務。
“在開發階段,我們將密切合作,充分利用我們在太空領域開拓新技術和創新方法的經驗。演示完成後,D-Orbit 公司將繼續運營該航天器,開展自己的商業活動,”歐空局太空安全主管Holger Krag 說。

歐空局透過其首個在軌服務任務RISE,在實現太空永續性的道路上又邁出了重要一步。 在2024 年國際太空大會上,歐空局與共同出資的主承包商D-Orbit 公司簽署了一份價值1.19 億歐元的合約。 圖片來源:ESA – M. Polo
“歐空局正在支持建立由歐洲提供的在軌服務,確保歐洲航太工業在這個令人興奮的新市場中處於領先地位”。
“這是我們在地球上永遠不會做的事情:給汽車加油,一直開到空車,然後把它丟棄在任何地方。然而,迄今為止的大部分太空飛行都是這樣進行的。” 歐空局RISE 專案經理安德魯-沃拉漢(Andrew Wolahan)說:「這不僅成本高昂,而且是產生太空碎片的根本原因之一,反過來也會對未來太空探索的成本產生負面影響。現在我們有能力了,我們希望摒棄一次性使用的衛星,而是隨著技術的不斷發展,開始延長衛星的使用壽命,並在它們所在的地方,即環繞地球的軌道上為它們提供服務。

歐空局的在軌服務任務RISE將示範透過接管客戶衛星的姿態和軌道控制來延長地球靜止衛星的壽命。 來源:歐空局
當RISE 與目標對接並接管其姿態和軌道控制時,客戶航天器將保持自身的動力、與地球的通訊和載荷完全正常。
這為延長運行中的地球靜止衛星的壽命打開了大門,這些衛星由於某種原因,如推進劑不足或部分故障,無法控制其在軌道上的位置,但在其他方面仍能繼續執行任務。
未來,不僅是延長壽命,加油、組裝、翻新和回收都將成為太空中的常規活動。 全世界都在開發所需的技術,許多技術正在迅速成熟。

地球靜止軌道(GEO)上的衛星以與地球完全相同的速度在赤道上方自西向東繞地球一周,沿地球自轉一周需要23 小時56 分4 秒。 這使得地球靜止軌道上的衛星看起來像是”靜止”在一個固定的位置。 圖片來源:ESA – L. Boldt-Christmas
RISE 衛星預計將於2028 年發射,從而拉開為期8 年的地球靜止軌道飛行任務的序幕。 首先,衛星將轉移到常規地球靜止軌道上方近36 000 公里高度的中轉軌道。
在對系統進行嚴格測試和在軌道演練之後,將開始任務的演示階段,以證明衛星能夠完成任務。
RISE 衛星將上升到所謂的地球靜止軌道墓地,大約100 公里的高空,那裡是衛星任務結束後”停放”的地方。 這些衛星的軌道需要數千年的時間才能自然降級,降到足以乾擾現役衛星的低軌道,使它們得到安全處置,不礙事。
RISE 將與現役客戶衛星會合,在墓地軌道上與其速度和軌跡相匹配。 儘管客戶衛星的操作員期待RISE 的到來,但他們的衛星卻”毫無準備”,因為它最初的設計並不是要與另一顆衛星對接。 RISE 將與地球靜止衛星對接,方法是抓住原先將衛星固定在發射裝置上的環。 一旦被牢牢抓住,RISE 將改變其姿態和軌道,顯示出它有能力精確操縱客戶航天器。
然後,RISE 將再次放開衛星–這同樣是過程中危險的一部分–並將自己置於墓地和地球靜止軌道之間的停泊軌道上等待,一旦評估完成,就準備好進行第一次商業冒險。它的第一個客戶可能是一顆燃料即將耗盡的通訊衛星,但在RISE 的幫助下,它有能力繼續連接世界各地的人們。
存在的挑戰是,需要一種特殊的衛星才能控制另一種衛星。 地球靜止衛星可能有校車那麼大,重量超過6000 公斤。 它們通常需要支援重型通訊有效載荷,需要大型太陽能電池板為其供電。 對地靜止衛星也要建造得特別堅固,以抵禦對地靜止軌道惡劣的輻射環境。 雖然RISE 沒有它將服務的衛星那麼大,但它裝在發射器裡時仍有一輛小型貨車那麼大,發射時重約3000 公斤,其中約800 公斤為推進劑。
RISE 號太空船上的尖端技術數量之多,與在軌道上與衛星對接以及在接近另一個航天器的情況下進行操作所面臨的挑戰一樣大。 RISE 太空船上將配備與衛星對接的最先進的專業設備,例如複雜的機器人系統、測量與目標距離的感測器,以及能夠在對接期間自主控制衛星的電腦。
編譯自/ SciTechDaily