龙飞船发动机燃烧中(Image credit: NASA/Don Pettit)
近日，正在执行美国国家航空航天局（NASA）第31次国际空间站商业再补给（CRS-31）任务，对接空间站和谐舱（Harmony Module）前向端口的美国太空探索技术公司（SpaceX）C208货运龙飞船进行了该型飞船的首次空间站轨道抬升试验。
该试验将为支持空间站退役后受控返回大气层解体的美国离轨航天器（U.S. Deorbit Vehicle, USDV）研制提供数据支撑。
美国离轨飞行器CG(Credit: SpaceX)
1、龙飞船轨道提升试验
2024年11月8日12时50分（ET）许，NASA和SpaceX团队，点燃了龙飞船的4个后向天龙发动机（Aft Service Module Dracos）执行空间站轨道调整，整个发动机燃烧过程持续了12.5分钟。
龙2飞船的后向天龙发动机位于3个一组发动机中的最下端（Credit: ZLSADESIGN）
正如预期的那样，空间站轨道的变化很小，其远地点提升了0.07英里（0.113公里）、近地点提升了0.7英里（1.13公里），常规国际空间站轨道提升一般为1-3英里。
测试表明，龙飞船具备提供轨道提升能力。同样重要的是，数据将被用于开发美国离轨航天器（USDV），该飞行器将确保空间站在2030年退役后安全重入大气层解体。
2、空间站轨道提升能力
对接空间站的货运龙（Credit: SenCorp）
NASA表示，通过测试航天器提供轨道提升和姿态控制的能力，国际空间站将有多个航天器可以为这个轨道综合体提供此类能力。
空间站轨道提升此前主要由俄罗斯进步号（Progress）货运飞船提供。
一艘正在对接国际空间站的进步号货运飞船（Credit: NASA）
2022年诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman ）的天鹅座（Cygnus）货运飞船进行了类似的推进试验。值得一提的是，SpaceX是在2024年6月击败诺格获得价值8.43亿美元USDV离轨飞行器合同的。
2024年7月天鹅座货运飞船由加拿大机械臂2（Canadarm2）抓取准备释放（Credit: NASA）
空间站多航天器轨道提升能力，对由于俄乌战争导致的西方国家与俄罗斯航天合作的影响，以及俄目前只同意在空间站停留至2028年而其他成员国达成的运行至2030年的计划，提供了解决方案。
3、空间站的运行方向
在《SpaceX货运龙飞船将在对接国际空间站后进行推进试验》一文中，我们提到对接和谐舱前向端口的CRS-31龙飞船的后向发动机推进方向与空间站前进方向正好相反。那么推进试验的结果为什么是空间站的轨道实现了提升？
国际空间站通常以标准方向运行，此时美国轨道段（USOS）位于前方，俄罗斯轨道段（ROS）位于后方。这种方向会短暂改变，以适应操作需求和某些类型的对接。
本次推进试验前，空间站的姿态已经从标准方向，姿态调整为“向后”运行。
CRS-31龙飞船在空间站的位置，推进时空间站运行方向与标准运行方向正好相反（Credit: SpotSpace）
在龙飞船推进试验结束后约6小时，2024年11月18日19时10分（ET），国际空间站开始执行最优推进剂机动（Optimal Propellant Maneuver, OPM）。
空间站OPM机动延时摄影（Credit: Sen）
OPM机动是使用预先计划的姿态控制指令完成空间站180度旋转状态转换。OPM机动的轨迹的设计采用完整的非线性系统动力学。
2021年11月8日由奋进号载人龙飞船拍摄的国际空间站（Credit: NASA）
延伸阅读：
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•美国离轨航天器将如何带着国际空间站受控重入解体？
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