导读 价值数十亿美元的天文观测航天器围绕地球运行，或与地球在同一轨道运行。当某些航天器出现磨损或故障时，能够就地修复这些航天器将是一件好...

价值数十亿美元的天文观测航天器围绕地球运行，或与地球在同一轨道运行。当某些航天器出现磨损或故障时，能够“就地”修复这些航天器将是一件好事。到目前为止，只有哈勃太空望远镜(HST)享受过定期维修。

如果我们能在“轨道”上维修其他望远镜会怎么样?这种到其他设施的“维修”任务是美国宇航局新发表的一篇论文的主题，该论文研究了为地球以外望远镜提供服务的最佳轨道和轨迹。

一些最高效的轨道望远镜在太阳-地球拉格朗日点L1和L2运行。目前，这些位置为我们提供了非常不可思议的科学成果。但它们无法承受维修和保养的便捷性。这限制了JWST等设施的预期寿命约为10至15年。

未来，将有更多任务部署在拉格朗日点，包括南希·格雷斯·罗曼望远镜、欧空局的PLATO和ARIEL任务以及大型紫外光学红外探测器(LUVOIR)。

这些天文台需要姿态推进器的推进剂，以帮助它们在观测期间保持“原位”。这些天文台能运送的“气体”是有限的。此外，部件也会磨损，就像HST一样。

因此，人们正在寻找通过维修任务延长其寿命的方法。如果可以更换故障部件并输送推进剂，这些天文台的寿命应该会延长很多，让天文学家从观测中获得更多收益。

规划未来航天器维修任务

戈达德太空飞行中心(GSFC)卫星服务能力办公室(SSCO)的研究人员研究了为遥远太空望远镜提供服务的可能性。在《ActaAstronautica》最近发表的一篇论文中，他们重点研究了为绕日地拉格朗日2号(SEL2)运行的太空望远镜进行在轨加油任务的可行性。

挑战很多。首先，目前的发射技术(在撰写本文时)不足以在如此远的距离上完成此类任务。显然，技术必须进步才能进行维修访问。此外，重要的是要记住，目前的望远镜，如盖亚和詹姆斯·韦伯太空望远镜，并不是为这种访问而设计的。

不过，未来的望远镜可以安装维修端口等，以便进行维修。最后，还有将维修任务真正送达天文台的挑战。

戈达德团队专注于解决这一最终问题，计算了此类任务的各种发射和轨道解决方案模型。他们不仅考虑了发射轨迹本身，还考虑了太阳-地球-拉格朗日点动力学，以及SEL2天文台的相对位置。

此外，团队还考虑了会合和附着期间及之后天文台的稳定性。在规划是否能以合理的成本发射维修飞行器以延长天文台的使用寿命时，所有这些因素都很重要，这样才能让这项工作值得花费时间和金钱。

启动航天器加油任务

该团队为SEL2轨道加油的理论任务创建了模型。例如，JWST和Gaia以及WMAP、普朗克和其他卫星都位于SEL2轨道上。本文研究了SEL2的机器人加油任务，以进行建模。

然而，要做到这一点，机器人航天器必须有一条最佳轨迹才能飞向SEL2。它们需要能够自主导航到太空中的正确位置。到达目标观测站后，加油机器人需要小心谨慎地进行对接操作。

这需要在轨道上评估目标在太空中相对于太阳的运动以及其在SEL2轨道上的位置。对接本身会影响天文台的位置和运动，机器人也需要考虑到这一点。这样做的目的是让天文台在对接后保持在同一位置。

然而，最大的问题是：我们如何以低成本、快速且安全的方式将其推出?

戈达德团队主要研究了到达SEL2的最佳和最有效轨道。特别是，他们研究了到达盖亚太空船的最佳方法，该太空船的推进剂将在明年某个时候耗尽。他们还研究了詹姆斯·韦伯太空望远镜作为此类任务的可能目标。如果这样的任务今天可以实现，这些天文台将获得多年的“瞄准和射击”宇宙空间的能力。

如何到达

在他们的论文中，该团队研究了SEL2加油任务的两种方法。一种是从地球直接发射，另一种是从地球静止转移轨道(GTO)发射航天器。他们假设任务的目的是尽可能快地恢复望远镜的运行。这决定了航天器可以保持恒定推力的最短和最安全的轨迹。

戈达德团队创建了一种“正向设计”方法，用于计算从地球出发轨道到绕SEL2点运行的太空望远镜的低能量和低推力传输。然后，他们为从地球静止空间某点出发的服务航天器做了同样的事。

本质上，无论是从地球出发还是以GTO为中心出发都可以。机器人维修任务离开地球轨道后，将以低推力螺旋式飞行至SEL2。到达那里后，它将与目标会合，匹配其在太空中的运动，然后“锁定”执行运送任务。

重要的是要记住，从地球或地球同步轨道发射是SEL2维修任务的几种解决方案的一部分。该团队的分析简化了生成此类活动可能轨道和轨迹的过程。