日前，用于发射货运飞船的长征七号遥二火箭，正在海南文昌航天发射场待命。4月中下旬，“天舟一号”货运飞船就要从这里升空，上太空为“天宫二号”进行太空加油。

放眼全世界，掌握战机空中加油技术的国家本身就不多，现在中国已经走在了前面，开始玩“太空加油”了。

“天舟一号”将为“天宫二号”太空加油

长征七号是我国新一代中型运载火箭的基本型号，可为我国载人航天工程发射货运飞船，也可用于发射人造卫星等其他载荷。这型火箭采用液氧煤油发动机等新技术，近地轨道运载能力13.5吨，已于2016年6月25日在文昌航天发射场成功完成首次发射飞行任务。现在即将展开第二次任务。

目前，发射场设施设备状态良好，各项准备工作有序进行。“天舟一号”货运飞船正在发射场按既定程序开展测试工作，计划4月中下旬由长征七号遥二火箭发射升空。按计划，“天舟一号”发射入轨后，将与在轨运行的“天宫二号”先后进行3次自主快速交会对接、3次推进剂在轨补加，以及空间应用和航天技术等多领域的实验项目。

“天舟一号”货运飞船是我国载人航天工程的新成员和重要组成部分，为空间实验室和中国未来空间站在轨运行期间，承担空间推进剂、航天生活物资、科学试验设备及航天员用后的废弃物运输工作。如果说“神舟”系列载人飞船是天地往返的客运列车，那么“天舟”系列货运飞船就是天地间的运货工具。

此次飞行试验任务最大亮点，要数“天舟一号”与“天宫二号”实验室交会对接后完成推进剂补给，即所谓的“太空加油”，开展推进剂在轨补加技术验证，为我国后续大型空间站建设提供和补充源源不断的动力能源。

在太空中实现推进剂补加这一任务，是世界顶尖难题，目前也仅有美国有类似的工程应用。早在2011年“天宫一号”与“神舟八号”完成交会对接之后，航天科技集团六院即正式启动了推进剂在轨补加技术的攻关。六院院长刘志让透露，经过多年的自主创新和试验研究，空间实验室推进剂在轨补加系统关键单机——空间压气机和液路浮动断接器获得重大技术突破，这不仅填补了中国航天领域的空白，还使我国成为世界上第二个自主掌握空间补加核心技术的国家。

燃料：卫星寿命的瓶颈

前面说过，美国早些年已经掌握这一技术，所以现在美国宇航局正着手研究更难的——如何为在轨运行的卫星进行“太空加油”，未来或将研制出燃料补给卫星，对其他卫星进行在轨燃料补给，以延长其服役寿命。

般情况下，卫星被发射到轨道上，燃料耗尽或发生故障后就会被弃用。许多被弃用的卫星本身其实功能完好，但它们的命运已经注定，只能一圈圈地在轨道上运行，直到脱离轨道进入大气层，或者与其他航天器相撞成为太空垃圾，最终“油尽灯枯”。而卫星为卫星进行“太空加油”将改变卫星的“宿命”结局。

一颗卫星的服役寿命取决于多种因素，一般情况下，科研人员在研制卫星时，卫星的设计寿命往往取决于它能够携带多少燃料。虽然卫星上都安装着太阳能帆板电池，但由于要长期在轨运行，卫星还是需要消耗燃料来进行轨道维持、误差修正、调整姿态以及应急变轨等“动作”。

当前，随着技术的不断成熟，卫星本身元器件的可靠性、性能已经达到一个相当的高度，而燃料却成为影响卫星服役寿命的重要瓶颈。

如果燃料耗尽，卫星就无法继续在轨运行。轨道高度的降低将使得卫星逐渐坠入大气层烧毁，而有些卫星本身性能、元器件都完好无损，仅仅是因为燃料耗尽而无法维持其轨道高度，地面控制中心不得不将其放弃。

因此，科研人员试图研究进行轨道燃料加注的相关技术，以便未来对燃料耗尽的卫星进行补给。据报道，美国宇航局的数个研究小组已经开展了“太空加油机”的研究，试图把燃料在轨加注到目标卫星上。

高可靠与低成本博弈

近年来，随着人类航天技术的突飞猛进，让科研人员甚至航天爱好者们有了大胆设想的勇气。目前，仅仅从“太空加油”的技术成熟性和安全可靠性来说，解决这一技术难题只是时间早晚问题。然而，有朝一日“太空加油”技术变得成熟、安全、可靠了，各航天大国都会纷纷采用吗？很显然，这中间还存在着“物美”与“价廉”的矛盾——高可靠与低成本。

一颗卫星的造价动辄需要数亿美元，有的甚至高达几十亿美元，如果能够在太空为其补加燃料，带来的经济效益将十分可观。但中国航天科普专家杨宇光在接受采访时表示：“这笔账还不能这么算，以人类现在的技术条件和成本控制，给在轨运行的卫星补加燃料的成本，不见得比重新发射一颗卫星低多少。这中间还要面临交会对接以及加注过程中的风险，一旦发生意外，损失也将是不可估量的。”

此外，杨宇光介绍说，现在的卫星设计都是以一次性使用为前提的，为现有卫星补加燃料的可行性基本没有。今后的卫星如果需要进行在轨补加燃料，在设计之初就需要安装一套较为复杂的加注系统，这也会占用一定的卫星有效载荷。

技术可行，但有风险

据外媒报道，美国宇航局目前正在进行的卫星在轨燃料加注研究，使用了陆基远程机器人氧化剂转移测试项目中所取得的技术成果，同时也应用了基于国际空间站的机器人加油任务示范。首先，科研人员试图研制出能在空间进行燃料补给的卫星，以增强地面对在轨卫星的服务能力。

在此之前，科研人员已经进行了地面卫星燃料的转移测试。通过机器人测试了如何安全地转移氧化剂，全过程模拟了卫星所处的轨道环境，其中包括压力的流量，转移过程中需要与操作员等保持一定的安全距离。

卫星上通常使用的氧化剂是四氧化二氮，它是一种非常危险的化学物质，有毒、也有腐蚀性，需要经过特殊的处理，在转移过程中需要非常小心，稍有不慎就会导致加注失败，甚至导致卫星失效。

为此，科研人员还试图使用乙醇作为卫星燃料的替代产品。来自美国戈达德空间飞行中心的科研人员认为，目前进行的这项试验仅仅是个开始，他们已经在卫星燃料的加注上前进了一大步，但是还不能证明该过程是安全的。

杨宇光表示：“从技术层面上说，目前人类已经掌握的交会对接、空间机械臂等技术，能够支持我们完成太空加油的任务。但在风险控制方面还有待加强，尤其是加注过程中容易发生泄漏等危险，如何避免，还需要进一步探讨。”

虽然目前“太空加油”计划看上去困难重重，并不那么美好，但其未来的应用价值不可低估。卫星在轨燃料加注需要先进的自动交会对接系统、机械臂等捕获装置，该技术未来甚至可以为行星防御、大型轨道结构的安装等进行服务。

一向精明的美国宇航局也不会做“赔本的买卖”，或许他们的科研人员已经找到了控制成本与安全可靠性的方法，或许这只是他们的预研项目。但不管怎样，“太空加油”技术都值得各航天大国的关注与期待。

杨宇光表示，“太空加油”技术一旦被广泛采用，将会对后续卫星、飞船等航天器的设计理念有所突破，太空开发的成本也将有效降低，同时还能有效减少太空垃圾的数量。