近日，中国科学院力学研究所团队提出了一种基于无工质投送的新型在轨服务架构，有效解决了传统在轨服务因燃料消耗过高而难以应用于巨型星座的问题。相关研究成果以“Ejection-based Payload Deployment for Efficient On-Orbit Servicing of Mega-Constellations”为题发表于Aerospace Science and Technology。

巨型星座的快速发展已成为未来人类航天活动的重要趋势。大规模星群的在轨补给和延寿因此成为空间治理的重要课题。然而，由于传统在轨服务需要在目标卫星之间反复变轨交会，推进剂消耗随机动次数急剧增长。受此制约，当前仅有地球同步轨道上价值极高的少量卫星才被纳入在轨服务范围。对于低轨巨型星座而言，逐颗服务的燃料成本高到难以承受，使得规模化在轨维护在经济上不可行。针对这一瓶颈，力学所团队从地磁蓄能原理出发，提出了一种基于无工质投送架构的低成本星座补给策略。该策略通过服务航天器机械弹射载荷、由载荷自行完成末端交会的方式，将速度增量从重型平台转移至微型载荷，大幅降低任务总燃料消耗。在典型仿真工况下，无工质投送方案的燃料消耗不足传统“一对多”服务模式的2%，为低轨巨型星座的规模化在轨服务提供了一种有吸引力的潜在解决方案。

为解决无工质投送过程中多次弹射反冲动量耦合导致的轨道规划问题，论文提出了一种基于相位近似原理的快速规划算法，将高维优化问题简化为独立子问题求解，计算时间降低90%、速度误差控制在1%以内；在此基础上，通过归纳得出弹射速度与累积反冲速度之间的线性关系，论文建立了最大弹射速度的解析表达式，给出了该架构在近地轨道范围内的部署能力边界的快速评估方法，为未来大规模星座在轨服务任务规划提供了理论依据。

论文第一作者为力学所博士研究生李峥瑞，通讯作者为力学所岳宇贤副研究员、力学所李文皓研究员。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项的支持。

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ast.2026.113580

图1: 无工质投送架构示意图

图2: 无工质投送和传统架构所消耗的机动燃料对比