太空營(yíng)救——“中星9A”絕處逢生的幕后故事

未來(lái)第一站

最近，中國(guó)航天在太空中上演了一部“拯救大兵”大片，原本受關(guān)注度并不高的“中星9A”廣播電視直播衛(wèi)星竟成為主角，受到全球矚目。

6月19日凌晨，“中星9A”在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭發(fā)射升空，因火箭出現(xiàn)異常，遠(yuǎn)離預(yù)定軌道，幾乎陷入絕境。然而經(jīng)過(guò)航天人16天全力搶救，最終讓它絕處逢生。

中國(guó)西安衛(wèi)星測(cè)控中心，聽(tīng)親歷者講述了這次太空營(yíng)救的幕后故事。

“希望渺茫”，故障出現(xiàn)時(shí)，西安控制中心測(cè)控技術(shù)部副總工程師楊永安腦海中閃現(xiàn)出這個(gè)詞。

負(fù)責(zé)軌道控制的工程師孫守明介紹，“中星9A”的預(yù)定初始軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)高度為41991公里，而實(shí)際入軌后遠(yuǎn)地點(diǎn)高度只有16420公里，誤差超過(guò)2.5萬(wàn)公里。

有時(shí)候，沒(méi)有入軌并不代表任務(wù)失敗。孫守明說(shuō)，地面可以控制衛(wèi)星用自身推進(jìn)器實(shí)施變軌，抬高軌道實(shí)現(xiàn)“自救”。此前，該中心有多次成功處置太空險(xiǎn)情的經(jīng)驗(yàn)，曾使十余顆重大故障衛(wèi)星“起死回生”。

然而這次入軌偏差如此之大，在國(guó)際同步衛(wèi)星發(fā)射歷史上極為罕見(jiàn)，形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻。

“對(duì)于高軌衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，如果初始軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)在2萬(wàn)公里以下，通常就沒(méi)救了。”楊永安說(shuō)。一時(shí)間，大家心里都沒(méi)了底。不過(guò)他們清楚，衛(wèi)星軌道還會(huì)下降，當(dāng)務(wù)之急是迅速判斷衛(wèi)星是否有救，制定并實(shí)施搶救措施。

中心與衛(wèi)星研制方中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院密切配合，對(duì)衛(wèi)星工作狀態(tài)進(jìn)行了測(cè)試。楊永安說(shuō)，首先要看星敏感器，如果它不能工作，變軌動(dòng)作就無(wú)法實(shí)施。該設(shè)備的正常工作高度是21000公里，這也是通常把衛(wèi)星搶救“門檻”定為2萬(wàn)公里左右的原因。經(jīng)測(cè)試，“中星9A”星敏感器的設(shè)計(jì)余量較大，在14000公里高度就能運(yùn)行。

接下來(lái)，工作人員又完成了星載陀螺儀檢測(cè)、太陽(yáng)翼展開(kāi)等工作。當(dāng)“衛(wèi)星工況正常”口令響起時(shí)，大家稍稍放心了一些：能救。

接下來(lái)的問(wèn)題是怎么救。選擇最省燃料的變軌策略是重中之重。如果衛(wèi)星燃料消耗過(guò)多，就算進(jìn)入定點(diǎn)位置，也會(huì)很快成為一顆“死星”。“不僅要把衛(wèi)星送回去，還要盡量讓它‘活’得更久。”楊永安說(shuō)。

按照常規(guī)軌道策略，首先要將衛(wèi)星近地點(diǎn)軌道高度升至5000公里，但這將直接導(dǎo)致衛(wèi)星燃料耗盡。楊永安說(shuō)，工作人員將原有方案推倒，分析了7種應(yīng)急策略，分別是先將近地點(diǎn)高度升到200公里、500公里、1000公里等。一方面，抬得越高，衛(wèi)星燃料消耗越多，3000公里是極限；另一方面，衛(wèi)星變軌要滿足至少25分鐘的測(cè)控條件，弧段太低在時(shí)間上不允許。綜合考慮后，工作人員選擇了實(shí)施條件極為苛刻，但能盡量節(jié)省燃料的1000公里方案。

第一次變軌很快完成，誤差只有幾十米，這為后續(xù)動(dòng)作順利實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)討論，大家決定共實(shí)施5次近地點(diǎn)變軌，將遠(yuǎn)地點(diǎn)抬高到36000公里，再通過(guò)5次遠(yuǎn)地點(diǎn)變軌，將近地點(diǎn)抬高到36000公里，最后完成衛(wèi)星定點(diǎn)捕獲。

這樣的變軌在我國(guó)前所未有。鑒于衛(wèi)星所處的特殊軌道，西安測(cè)控中心緊急啟用了相關(guān)陸基測(cè)控站，調(diào)用了遠(yuǎn)望五號(hào)、六號(hào)、七號(hào)測(cè)量船，在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成了信息連通和狀態(tài)設(shè)置，為搶救工作提供了測(cè)控通信保障。

為確保方案可行，中心僅用半天時(shí)間搭建了一套仿真測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)，建立了與任務(wù)狀態(tài)一致的測(cè)試環(huán)境，利用五院提供的衛(wèi)星模擬器，將所有方案、預(yù)案進(jìn)行了演習(xí)，對(duì)暴露出的問(wèn)題做了調(diào)整。

前兩次近地點(diǎn)變軌順利完成，第三次變軌時(shí)，衛(wèi)星姿態(tài)出現(xiàn)了較大偏差。工作人員發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星主發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)，姿控發(fā)動(dòng)機(jī)在不停噴氣。此時(shí)如果停止變軌，勢(shì)必影響后續(xù)動(dòng)作。好在問(wèn)題很快查明，原來(lái)在同時(shí)進(jìn)行的另一分支操作中，太陽(yáng)能帆板產(chǎn)生了共振。工作人員立即終止該分支操作，很快讓衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定下來(lái)。

多方配合下，西安測(cè)控中心準(zhǔn)確實(shí)施了10次軌道調(diào)整、6次定點(diǎn)捕獲，終于在7月5日21時(shí)，讓衛(wèi)星成功定點(diǎn)于東經(jīng)101.4度赤道上空的預(yù)定軌道。楊永安介紹，在應(yīng)急變軌控制過(guò)程中，衛(wèi)星推進(jìn)劑實(shí)際消耗量比預(yù)期節(jié)省了大約100公斤，這足夠支撐它多運(yùn)行2年左右。

目前，“中星9A”各系統(tǒng)工作正常，轉(zhuǎn)發(fā)器已開(kāi)通，正在開(kāi)展在軌測(cè)試工作。

鑫森淼炎垚

外人很難知道實(shí)情。

只有快樂(lè)

想想都很NB，這個(gè)技能是不是可以用來(lái)搞別人的衛(wèi)星

機(jī)床迷

影響使用年限吧，縮短了