2025-06-07
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2024年3月13日20時(shí)51分,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心使用長征二號丙運(yùn)載火箭/遠(yuǎn)征一號S上面級發(fā)射DRO-A/B衛(wèi)星,運(yùn)載火箭一二級飛行正常,上面級飛行異常,衛(wèi)星未準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。
日前,“負(fù)傷”衛(wèi)星畫面首次公布:衛(wèi)星的太陽翼呈近90度彎折,如折斷的翅膀,卻在深空背景下倔強(qiáng)舒展?!?
“飛行異?!焙?,在2024年3月13日至7月15日的123天時(shí)間里,一支平均年齡不到34歲的科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一場緊急“太空救援”,讓衛(wèi)星最終“絲滑”入軌。
甚至幾位學(xué)生也參與到“太空救援”中:中國科學(xué)院大學(xué)95后博士研究生孫洋快速算出DRO備份軌道入軌參數(shù);兩位95后研究生李霜琳、蒲京輝開發(fā)星上自主導(dǎo)航與時(shí)間同步程序,寫的兩萬行代碼已在太空運(yùn)行;00后博士研究生尹永辰精確復(fù)核每次控制參數(shù)……
4月15日,在“地月空間DRO探索研究學(xué)術(shù)研討會”上,這場救援背后的故事對外公布。
如今,“我們的衛(wèi)星已發(fā)射在軌一年有余,國際首個(gè)地月空間三星星座穩(wěn)定運(yùn)行200多天?!敝袊茖W(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張皓介紹說。
時(shí)針撥回2024年3月13日,北京航天飛行控制中心,張皓與數(shù)十名科技人員注視著屏幕,翹首以盼一個(gè)歷史性時(shí)刻——中國人將首次開啟地月空間遠(yuǎn)距離逆行軌道(Distant Retrograde Orbit,簡稱DRO)的深度探索。
地月相距38萬公里,其間,有著無數(shù)條軌道,其中一條名為DRO的特殊軌道,被航天科學(xué)家和工程師們視為“地月空間中的天然良港”,一大特性在于這條軌道穩(wěn)如磐石,航天器無需頻繁調(diào)整即可駐留數(shù)百年。
這條距離地球31萬至45萬公里的特殊軌道,是連接地球、月球、深空的“十字路口”,是人類尚未開發(fā)利用的新疆域,也是支持載人深空探索的新起點(diǎn)。
2024年3月13日20時(shí)51分,西昌衛(wèi)星發(fā)射中心,搭載DRO-A/B雙星組合體的長征二號丙運(yùn)載火箭/遠(yuǎn)征一號S上面級發(fā)射升空。
數(shù)千里外的北京航天城,來自中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心、中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、北京航天飛行控制中心等單位的科技人員,早早來到飛控大廳,準(zhǔn)備“接棒”飛向深空的衛(wèi)星。
約21時(shí),上面級與火箭成功分離,第一次點(diǎn)火完成后,進(jìn)行長達(dá)約90分鐘的滑行階段。
“沒人想到之后會發(fā)生意外。”中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員王文彬回憶道。
大屏幕上,代表軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)高度的參數(shù)曲線突然劇烈波動(dòng):遠(yuǎn)地點(diǎn)高度本該穩(wěn)定增長至29.2萬公里,卻在15萬公里處如過山車般起伏。
張皓起初并未在意,首次參與發(fā)射任務(wù)的他,側(cè)頭詢問身旁經(jīng)驗(yàn)豐富的北京航天飛行控制中心人員:是不是測控鏈路受到了干擾?
DRO-A/B雙星組合體被“甩”入遠(yuǎn)地點(diǎn)僅13.4萬公里的“絕望軌道”——遠(yuǎn)低于預(yù)先設(shè)計(jì)的29.2萬公里。
地面測控?cái)?shù)據(jù)顯示,重達(dá)581公斤的雙星組合體以每秒超過200度的速度瘋狂翻滾。
“這相當(dāng)于每1.8秒‘翻一次跟頭’,離心力足以將太陽翼像紙片般撕碎?!敝袊茖W(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研究員白濤解釋,“常規(guī)大衛(wèi)星每秒轉(zhuǎn)幾十度就可能散架。”
77歲的工程顧問、中國科學(xué)院院士顧逸東,工程總師林寶軍、工程副總指揮王強(qiáng),在西昌緊急連線北京的工程總指揮高銘、工程副總師李緒志,會同衛(wèi)星系統(tǒng)、載荷系統(tǒng)和測控系統(tǒng),成立應(yīng)急飛控小組。
很快,小組給出應(yīng)急處置措施:通過緊急上注指令、修改參數(shù)閾值等操作,交替使用雙星組合體的發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣消除旋轉(zhuǎn)。
飛控團(tuán)隊(duì)用“每條指令發(fā)三遍”的土辦法,試圖讓衛(wèi)星“停轉(zhuǎn)”?!爱?dāng)時(shí)的發(fā)令單像雪片一樣飛來?!憋w控主管調(diào)度溫旭峰事后回憶道。
轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在14日凌晨3時(shí)前后。“DRO-B衛(wèi)星姿控發(fā)動(dòng)機(jī)成功點(diǎn)火?!敝袊茖W(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研究員李笑月報(bào)告。
地面站遙測數(shù)據(jù)顯示:DRO-A衛(wèi)星的太陽翼無法鎖定,DRO-B衛(wèi)星的太陽翼則完全“脫臼”。
太陽翼是衛(wèi)星的動(dòng)力源,其異常會導(dǎo)致電力告急,衛(wèi)星隨時(shí)可能因能源耗盡淪為太空垃圾。
飛控團(tuán)隊(duì)緊急開展了一系列操作:注入姿態(tài)控制指令,通過反復(fù)調(diào)整對日姿態(tài)、平衡蓄電池充放電……最終讓“受傷”的太陽翼“追光充電”。
“就像折翼的蒼鷹,用喙與利爪鉤住巖縫向上攀登。”中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副研究員冷佳醒這樣形容衛(wèi)星的堅(jiān)韌。
軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)高度不足預(yù)期一半,燃料余量又捉襟見肘。如何將衛(wèi)星從“絕望軌道”拽回正軌?
2024年3月14日凌晨,張皓、白濤和飛控團(tuán)隊(duì)在機(jī)房熱烈討論,面對滿屏的預(yù)設(shè)程序,手寫公式、敲擊代碼,開始一場與引力的賽跑。
40小時(shí)不眠不休,軌道重構(gòu)方案誕生:衛(wèi)星需在120小時(shí)內(nèi)完成首次軌道機(jī)動(dòng),否則將永遠(yuǎn)失去進(jìn)入DRO的機(jī)會。
基于飛控團(tuán)隊(duì)的計(jì)算結(jié)果,工程總體做出決策:雙星不分離,交替利用雙星燃料抬升軌道高度,全力保障雙星組合體飛抵DRO。
幾排弧形控制臺前,技術(shù)人員眼中布滿血絲。有人無意識地啃著指甲,有人反復(fù)擦拭眼鏡——所有人都在等待一個(gè)答案:“折翼蒼鷹”能否再次展翅高飛?
張皓真切體會到心臟狂跳的窒息感。當(dāng)DRO-A/B雙星組合體在大屏幕的演示動(dòng)畫中向上“攀爬”時(shí),他的靜息心率從每分鐘60多次飆至每分鐘120多次。
當(dāng)屏幕顯示點(diǎn)火時(shí)間達(dá)1200秒,溫旭峰宣布“軌道控制圓滿成功”,大廳爆發(fā)出久違的掌聲。
幾天后,他們進(jìn)行了第二次近地點(diǎn)軌道機(jī)動(dòng)補(bǔ)救控制,雙星組合體被抬高到38萬公里,越過“死亡線”。
傳統(tǒng)上需要火箭直推38萬公里的任務(wù),被拆解為4次繞地、3次飛臨月球的“接力賽”。飛控團(tuán)隊(duì)經(jīng)歷了5次關(guān)鍵軌道機(jī)動(dòng),以及無數(shù)次“心跳過山車”。
“我們就像在玩一場高難度的‘太空桌球’?!敝袊茖W(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心副研究員毛新愿說,團(tuán)隊(duì)必須精準(zhǔn)計(jì)算每次機(jī)動(dòng)的“擊球點(diǎn)”,利用月球引力的“彈弓效應(yīng)”將衛(wèi)星推向正確方向。
這意味著,團(tuán)隊(duì)必須在幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)完成數(shù)萬次軌道計(jì)算,同時(shí)考慮太陽、地球、月球引力的復(fù)雜影響,甚至手動(dòng)調(diào)整參數(shù),拼盡全力處理極端情況。
最終,團(tuán)隊(duì)以傳統(tǒng)方案1/5的燃料消耗,完成這場跨越約850萬公里的絕地反擊。這個(gè)距離相當(dāng)于在地月之間走了11個(gè)來回。
王文彬屏息注視著傳回的珍貴圖像,這是他第一次真切看到這對“負(fù)傷”衛(wèi)星的樣子:DRO-A衛(wèi)星的太陽翼呈近90度彎折,DRO-B衛(wèi)星的太陽翼如折斷的翅膀,卻在深空背景下倔強(qiáng)舒展。
2024年,中國人嘗試在此長期駐留,才首次驗(yàn)證了這一理論的“極致潛力”。
2024年8月30日,DRO-A、DRO-B兩顆衛(wèi)星和此前已發(fā)射成功的DRO-L衛(wèi)星——三顆衛(wèi)星兩兩之間成功構(gòu)建K頻段微波星間測量通信鏈路,首次驗(yàn)證了地月空間尺度三星互聯(lián)互通的組網(wǎng)通信。
“以前總說‘星辰大?!?,現(xiàn)在我們真的在搭建通往深空的港口。”王文彬說,“三星組網(wǎng)構(gòu)成的‘地月燈塔’,未來可為月球基地導(dǎo)航授時(shí),甚至為火星探測鋪就信息高速公路?!?
這場地月大救援不僅挽回了價(jià)值數(shù)億元的衛(wèi)星,還驗(yàn)證了多項(xiàng)“全球首次”:航天器DRO低能耗入軌、117萬公里超遠(yuǎn)距離星間通信、天基測定軌新體制……
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