一场静默的革命 —— 在轨加注 —— 或许能让卫星延寿，并阻止太空碎片失控性增长。
如今，多个太空机构正准备自阿波罗时代以来首次将载人任务送回月球。与此同时，商业航天产业蓬勃发展，越来越多的发射服务商正在向轨道部署卫星星座。所有这些发展都表明，我们正处在一个太空探索复兴的时代：新太空，或称太空2.0时代。
这在很大程度上得益于火箭回收和可重复使用技术的发展，这导致将有效载荷送入太空的成本大幅下降。
另一种降低成本的方式是通过在轨加注，也称为太空推进剂转移。美国国家航空航天局（NASA）对此概念已研究数十年，旨在为月球及更远深空的探测任务提供便利。如果像SpaceX这样的公司能够如愿以偿，那么低地球轨道（LEO）有朝一日可能会布满加注站，从而开启前往月球甚至火星的商业旅行。
然而，在轨加注也能在解决一个重大环境问题 —— 日益严重的太空垃圾问题 —— 的同时，支持在低地球轨道开展其他类型的作业。通过在轨道上提供卫星加注服务，政府机构、电信及商业航天公司可以无限期延长卫星的寿命。这将防止卫星在燃料耗尽后失效，从而加剧本已严峻的太空环境危机。
展开剩余83%为此，亚马逊和商业航天初创公司Arkisys最近宣布，他们将联手利用Arkisys提出的名为"The Port"的商业太空平台开发卫星加注能力。这些在轨设施将支持卫星在轨道上的组装、集成和补给，卫星服务提供商很可能会依赖这些设施来维护其星座。
轨道碎片
根据欧洲空间操作中心（ESOC）空间碎片办公室发布的最新数据，自斯普特尼克1号发射升空以来，已进行了约6960次发射（不包括失败的发射）。这些发射将无数有效载荷送入轨道，其中包括约22,310颗卫星。在过去60年中，估计发生了超过650次失效卫星、报废火箭上面级及其他失效有效载荷之间的解体、爆炸或碰撞事件。
随着时间的推移，这导致了低地球轨道（LEO）目前的状况：遍布太空碎片。这些物体对在轨运行的卫星、航天器和空间站构成了重大威胁。更糟糕的是，失效卫星、报废上面级以及发射到太空的其他有效载荷之间的碰撞会产生更多碎片，这可能导致所谓的"凯斯勒效应"（或碰撞级联）。该现象以NASA天体物理学家唐纳德·J·凯斯勒的名字命名，他在1978年发表的一篇论文中提出了这一理论。
在这种情况下，低地球轨道（LEO）中的物体密度变得足够高，以至于物体之间的碰撞将引发级联效应。物体碰撞时会产生更小的物体，这些小物体又会与其他物体相撞。每一次碰撞都会产生更多太空碎片，进一步碰撞的可能性呈指数级增长。尽管各航天机构和商业伙伴正在寻求碎片减缓与清除策略，但最根本的因素在于卫星本身的特性。
目前，卫星属于一次性技术的范畴，部署一次后，一旦燃料耗尽便被废弃。
普渡大学航空航天专业博士研究生、航空航天集成系统中心研究员罗德里戈·施密特通过电子邮件告诉媒体："卫星加注是延长卫星寿命的唯一途径，卫星的寿命通常在4-8年左右（对地球静止轨道卫星而言约为15年）。这意味着，对于太空中的每一颗卫星，当时钟走到那个时间点后，它们就会变成太空碎片，可能与任何运行中的卫星相撞，引发爆炸，产生数百甚至数千个碎片。换句话说，卫星加注不仅是延长我们在地球轨道上持续存在的一种方式，也是避免我们被永远困在自己星球上的一种方法。"
在轨加注
NASA最初在20世纪60年代探索了在轨加注的想法，最终在1969年形成了综合计划（IPP），也称为太空运输系统（STS）。该计划设想了一系列可重复使用的载人航天器，以支持阿波罗计划之后的扩展操作，实现地球与月球之间的任务以及人类首次火星任务。
该任务架构包括部署在低地球轨道和月球轨道上的轨道推进剂贮存库，以减少航天器需要携带到太空的推进剂（从而减轻质量）。该计划最终被搁置，转而支持航天飞机计划，而STS这个术语被用来指代轨道航天飞机 —— 这是综合计划（IPP）中唯一实现的部分。
尽管如此，NASA和美国国防部（DOD）在20世纪80年代进行了大量太空服务研究。到90年代初，由NASA约翰逊航天中心新倡议办公室与Hernandez Engineering, Inc. （HEI）合作进行了一项系统工程与集成研究。这些研究表明在轨加注是可行的，但仍需进行飞行演示。
自世纪之交以来，这一概念得到了广泛探索。其中包括美国空军（USAF）和联合发射联盟（ULA）在2009年使用改进的半人马座上面级进行的一次实验性在轨演示。在飞行过程中，进行了六次演示，转移了12,000磅（5,400公斤）的液氧（LOX）和液氢（H2）推进剂。2010年，NASA的未来在轨操作（FISO）工作组举行会议，讨论用于地月运输的单飞行器推进剂贮存库概念。
2011年，NASA与四家航空航天公司签订合同，"确定验证任务，以验证在太空储存低温推进剂的概念，从而减少深空探索对大型运载火箭的需求。"根据合同，Analytical Mechanics Associates、波音公司、洛克希德·马丁公司和鲍尔航空航天公司各获得60万美元，用于开发低温推进剂储存和转移技术以及低温贮存库概念。
2021年4月，NASA选择SpaceX为"阿耳忒弥斯"计划开发载人着陆系统（HLS）。该任务架构包括在轨加注，即通过发射多艘燃料补给飞船为低地球轨道上的一个加注站提供服务。在"星舰"第三次综合飞行测试期间，演示了飞行器内部的推进剂在轨转移。飞行器之间的推进剂转移演示任务最初计划在2025年进行，但现已推迟到2026年。
巨型星座时代来临
未来几年，多家公司计划部署卫星"巨型星座"以提供宽带互联网接入服务。SpaceX的子公司Starlink目前主导着这一市场，截至2025年5月，其在轨卫星数量超过7600颗，为大约130个国家和地区提供覆盖。但随着蓝色起源（Blue Origin）的子公司柯伊伯计划（Project Kuiper）、中国的空间帆（Spacesail）等公司进入市场，预计地球轨道将在未来几年完全"商业化"。
自2024年8月以来，中国的空间帆公司已为其"千帆"星座部署了约90颗卫星，该星座计划规模为14000颗卫星。今年3月，该公司与巴西国有电信公司Telecomunicacoes Brasileiras（Telebras）签署了一份谅解备忘录（MoU），旨在探索光纤基础设施未覆盖地区对卫星互联网的需求。
与此同时，柯伊伯计划的部署分为五个阶段，一旦前578颗卫星发射升空，互联网服务就将开始。根据其2023年获得的FCC许可证，亚马逊必须在2026年7月30日前发射并运营其一半的卫星，并在2029年7月30日前完成另一半卫星的发射部署。
2023年4月，亚马逊与联合发射联盟（ULA）、阿丽亚娜空间公司（Arianespace）和蓝色起源（由亚马逊创始人杰夫·贝索斯拥有）签订了发射合同，将分别使用它们的"火神"、"阿丽亚娜6号"和"新格伦"火箭发射卫星。随后，亚马逊于2023年12月与竞争对手SpaceX签署合同，使用后者的"猎鹰9号"火箭分三次发射其卫星。
2025年4月，KA-1任务使用ULA的"宇宙神5号"火箭将柯伊伯计划的前27颗卫星部署到太空。随后在6月23日和7月16日进行的KA-2和KA-3任务，又分别将24颗和27颗卫星送入轨道。最近的一次发射是KA-4任务，于2025年8月11日将另外24颗卫星送入太空，使该星座的卫星总数达到100颗。
这将导致地球轨道环境变得相当拥挤。Arkisys公司的首席执行官戴夫·巴恩哈特通过电子邮件告诉IE："低地球轨道（LEO）星座的实现得益于技术的进步以及发射和卫星成本的降低。"
"因此，现在可以通过在'一串珍珠'状轨道上运行的多个小型卫星，对地球上的任何区域提供24/7全天候覆盖，而无需依赖部署在遥远的地球静止轨道上的非常庞大且昂贵的卫星。虽然这为地面客户降低了成本，但也带来了50年前航天工业起步时未曾预料到的一个有趣困境：即轨道变得异常拥挤！"
为此，Arkisys最近与致力于通过太空加注消除一次性航天器的商业航天公司Orbit Fab合作。这一合作为其他在轨加注（OOR）服务铺平了道路，开创了一个发射后太空服务的新时代。这将极大地延长卫星的服务寿命，同时减少轨道上失效卫星的数量（以及由此产生的碰撞造成的太空垃圾）。
随着商业化低地球轨道以及实现前往月球、火星及更远深空的长期任务的计划提上日程，即将到来的太空探索时代要求实现太空的可持续性。关键在于确保发射到轨道及更远深空的航天器本质上是可多次使用的。
敬请期待第二部分，以了解关于这一激动人心项目的更多信息。
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