“太空清道夫”实践21号开创可持续航天新时代 

近日，我国实践21号卫星将失效的北斗G2卫星从地球同步轨道拖至墓地轨道一事引起了国际上广泛的关注。鉴于媒体对此已经有详细报道，这里只大致简述一下。

实践21号是我国于2021年10月24日发射的空间碎片减缓技术试验验证卫星。2022年1月22日，实践21号卫星成功捕获了失效的北斗G2卫星。北斗二号G2卫星于2009年4月14日由长征二号丙火箭在西昌卫星发射中心发射，失效后一直在地球静止轨道上飘移。

实践21号捕获目标后启动自身发动机，将两颗卫星的组合体带离原先位置并向上爬升。1月26日12:00（国际标准时间），实践21号在非洲上空与北斗卫星分离，成功将其送入“墓地轨道”（远离拥挤的地球同步轨道、更高的永久性轨道）。完成任务后，实践21号随即返回到地球静止轨道。

图1：国外分析公司网站显示实践21在墓地轨道释放北斗G2（图源：COMSPOC）

那么这件事为什么会引起如此关注？它的技术难度有多大？它有什么重大意义？对未来我国和世界的航天事业会产生什么影响？我们来分析一下。

太空碎片的危害众所周知，这里就不展开了。国际社会对太空碎片的减缓已达成共识，相关的努力已经进行了很多年。目前，火箭末级的钝化和低轨退役航天器的主动离轨、高轨退役卫星转移到墓地轨道等措施已经在主要航天国家普遍实施。

但面对失控航天器，这些措施就都失去了意义。因此，能捕捉并转移失控航天器的专用太空垃圾“清道夫”就体现出了价值。本世纪来，包括中国在内主要航天国家发射的多个试验航天器都涉及和减少太空碎片相关的技术，比如太空目标的捕捉或非合作对象的对接。而所谓的太空拖船既可以用于在役航天器的轨道转移，也可以拖曳已经成为太空垃圾的失效航天器。不过，它们绝大部分还是停留在概念和技术验证阶段。即便在轨试验也都采用母星释放的模拟目标。直到最近几年，针对真实航天器或太空垃圾的轨道转移行动才成为现实。

第一次从外部对真实航天器实施的轨道转移发生在2020年2月25日。美国诺斯洛普·格鲁曼公司发射的一颗MEV（任务扩展器）卫星在墓地轨道和已经退役的Intelsat 901通信卫星成功对接。这颗卫星被拖回地球同步工作轨道并于4月2日开始重新工作，然后靠MEV的姿控能力来长期维持轨道，以保证卫星继续工作五年。五年后，当MEV携带的推进剂临近耗尽，MEV将会再次把卫星拖至墓地轨道，最后自己降轨再入大气层。2021年4月，第二颗MEV卫星对Intelsat 10-02实施了类似的“复活”操作。

图2：MEV和Intelsat对接实拍（图源：诺斯洛普·格鲁曼）

MEV把历史上第一次“安葬”真实失效卫星的机会留给了实践21号。这自然会引起国际关注。其实从技术上说，实践21号也有“复活”推进剂耗尽的卫星的能力，而MEV同样具备“安葬”退役或失效卫星的能力。客观地说，中美在这个领域平分秋色。

之所以在人类进入太空半个多世纪后，太空碎片清除技术仍处于早期摸索阶段，是因为非合作目标对接（通俗讲，就是捕捉目标）的难度极大。所谓的非合作，指的是太空垃圾或失效航天器不会像飞船和空间站对接那样，装有相互匹配的对接口，对接时双方的姿态也会相互配合。要捕捉通常处于翻滚状态的失控目标，又不和它相撞，需先进的感知能力、创新的捕捉手段和精准可靠的控制。