车辆燃油耗尽，只要到加油站加满油就能继续出发了，而在太空里运行的空间飞行器就没这么幸运了。当燃料耗尽，它们的寿命也就终结了。为解决这个问题，当前世界各国正在研究建“太空燃料加注站”，提高飞行器续航能力，延长寿命。
△太空燃料加注站进行燃料补给示意图
人类已实现“空中加油”
据中国运载火箭技术研究院（以下简称“火箭院”）研发中心航天运输系统总体室设计师焉宁介绍，“空中加油”本身并不新鲜，目前俄罗斯、美国、中国等国家都已掌握。
2017年，我国曾发射“天舟一号”货运飞船，成功为“天宫二号”空间实验室进行了3次推进剂补加试验。突破和掌握推进剂在轨补加技术，实现了空间推进领域的一次重大技术跨越，为我国空间站组装建造和长期运营扫清了能源供给上的障碍。
有了太空“加油站”，航天器轻松“跑长途”
“空中加油”工程复杂、成本高，着眼未来深空探测及为航天器“延寿”需求，人类又开始研究建设更加便捷、经济的“太空燃料加注站”。
焉宁介绍，如果把在轨加注比作一个油罐车为车辆加油的话，那么，“太空燃料加注站”就相当于地面的加油站，它的容量更大，可以重复多次为飞行器“加油”，从而延长飞行器寿命，提高其在轨服务能力。
此外，当前运载火箭受规模和运载能力的限制，所携带的燃料有限，难以进行更深远的空间探测活动，而太空“加油站”则有望改变这一现状。
“从北京往上海运一批货，沿途如果没有加油站，这辆车要想全程跑下来，可能要同时拉一个油罐，才能达到目的地，显然运输成本非常高。” 焉宁打了个比方，“运载器在太空里运货也是一样，如果目的地很远，客观上要求它拥有超大的贮箱，装超多的燃料。而如果太空里也有‘加油站’，就不用携带那么多的燃料，当燃料快耗尽时，只要及时到‘加油站’补加就行。这样，不仅技术难度降低了，成本也会减少很多。”
焉宁介绍，“太空加油站”的功能不仅局限于“空中加油”，就像支付宝、微信改变人们的支付习惯一样，它还将改变现有的空间运输整体布局。它可服务于多个不同的空间任务，将一个长距离运输任务分解成若干段，利用现有的航天技术和设施，就能完成难度更大的任务。
“目前，都是点对点的单一运输，运一次就结束，而有了加注站以后，各地与加注站就连成了一个网络”。焉宁说，“就像有了加油站，车辆不管从哪里来、到哪去、去多远，都可以放心行驶，将来，太空里的各种航天器也可以这样。”
国际上提出三类“太空加油站”
上世纪70年代以来，NASA相关研究机构和高校面向月球探测、火星探测等深空探测任务，以及重返月球、载人登小行星和载人火星探测计划，开展了大量在轨加注站的方案设计和关键技术攻关工作。
目前，国际上已提出12种太空燃料加注站的结构构想，根据任务和发展阶段不同，主要有三种类型。
第一种是在某一个固定的近地轨道建加注站，这一想法来源于最简单的地面加油站的概念，当飞行器有需要时，到“站”加油即可。
△固定的近地轨道加注站概念的操作流程
第二种是基于轨道拖船的近地轨道加注站。当飞行器因“燃油”耗尽而“抛锚”时，轨道拖船就像地面的拖车一样，将其拖到加注站附近，进行燃料补给。这种方式因轨道拖船要先后与飞行器、加注站交会对接，因而更加复杂。
前两种构想主要为近地空间、中高轨及地球同步轨道的航天器提供在轨补加服务。
△基于轨道拖船的近地轨道加注站概念的操作流程
第三种是“地月拉格朗日L1点”加注站。“拉格朗日L1点”是位于地球和月球之间的一个引力平衡点，加注站在这个点附近的区域内运行所消耗的燃料最少，这样就可以将更多的燃料留给有需要的飞行器。这种模式主要针对探月、探火等深空探测任务，飞行器在执行任务时，可再次“加油”后，去往更遥远的太空。其推进剂补给方式与近地轨道加注站相同。
焉宁介绍，无论是未来空间站建设，还是卫星延寿，我国对太空燃料加注站也有迫切需求。因此，目前我国正在加快这方面的研究。
本文来自：中国运载火箭技术研究院新闻中心
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