揭秘“太空救險(xiǎn)隊(duì)”：讓10多顆重大故障衛(wèi)星起死回生

原標(biāo)題：讓10多顆重大故障衛(wèi)星起死回生 走進(jìn)“太空救險(xiǎn)隊(duì)”

西安衛(wèi)星測(cè)控中心某測(cè)控站正在進(jìn)行“嫦娥”任務(wù)動(dòng)員宣誓。西安衛(wèi)星測(cè)控中心供圖

走進(jìn)“太空救險(xiǎn)隊(duì)”

不久前，“中星9A”廣播電視直播衛(wèi)星發(fā)射失利，隨后西安衛(wèi)星測(cè)控中心力挽狂瀾，通過(guò)“天地大營(yíng)救”將“中星9A”救回，進(jìn)入預(yù)定軌道。

在我國(guó)航天測(cè)控事業(yè)發(fā)展50周年之際，記者走進(jìn)這個(gè)被譽(yù)為航天測(cè)控領(lǐng)域國(guó)家隊(duì)的現(xiàn)代化航天測(cè)控中心。它不僅管理著我國(guó)100多顆在軌航天器，還通過(guò)高超的航天測(cè)控技術(shù)，讓包括“中星9A”在內(nèi)的10多顆重大故障衛(wèi)星起死回生，堪稱(chēng)“太空救險(xiǎn)隊(duì)”。

每一次衛(wèi)星發(fā)生故障，都是一場(chǎng)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的“天地大營(yíng)救”

6月19日0時(shí)11分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征三號(hào)乙運(yùn)載火箭發(fā)射“中星9A”廣播電視直播衛(wèi)星，發(fā)射過(guò)程中出現(xiàn)異常，衛(wèi)星未能進(jìn)入預(yù)定軌道。

“中星9A”危在旦夕。在人們?yōu)槭Ю笸髧@息時(shí)，西安衛(wèi)星測(cè)控中心的技術(shù)人員在第一時(shí)間分析失利原因，制定挽救措施。

12個(gè)小時(shí)后，失利原因被準(zhǔn)確鎖定：火箭三級(jí)姿態(tài)系統(tǒng)工作異常，導(dǎo)致不能以足夠的速度和高度將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。

據(jù)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，而衛(wèi)星實(shí)際入軌后初始軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)高度只有16420公里，相差了25571公里。如此大的入軌偏差，在國(guó)際同步衛(wèi)星發(fā)射歷史上都屬罕見(jiàn)。

“還有救！”孫守明說(shuō)，“‘中星9A’雖然沒(méi)有進(jìn)入預(yù)定軌道，但這并不算真正意義上的失敗，還能夠由地面控制衛(wèi)星利用其自身攜帶的推進(jìn)劑實(shí)施變軌控制，使衛(wèi)星最終進(jìn)入同步軌道。”

故障的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了預(yù)想。要想按照預(yù)案中的措施進(jìn)行搶救，衛(wèi)星遠(yuǎn)地點(diǎn)軌道高度至少要高于2萬(wàn)公里，而“中星9A”的遠(yuǎn)地點(diǎn)高度僅16420公里。這種情況在歷史上尚屬首次，操作起來(lái)有許多新難題。

7月5日21時(shí)，經(jīng)過(guò)16天的全力搶救，綜合調(diào)用陸海基航天測(cè)控資源，準(zhǔn)確實(shí)施10次軌道調(diào)整、6次定點(diǎn)捕獲，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，西安衛(wèi)星測(cè)控中心的太空搶救工作圓滿(mǎn)完成。

在整個(gè)過(guò)程中，衛(wèi)星推進(jìn)劑實(shí)際消耗量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期。西安衛(wèi)星測(cè)控中心技術(shù)人員提出的搶救方案與常規(guī)搶救方法相比，為衛(wèi)星節(jié)省約100公斤燃料。

航天事業(yè)具有高風(fēng)險(xiǎn)、高投入的特性。受空間環(huán)境干擾與設(shè)備、器件壽命等因素影響，在軌衛(wèi)星故障時(shí)有發(fā)生，保護(hù)這些寶貴的國(guó)家太空資產(chǎn)，是西安衛(wèi)星測(cè)控中心的重要使命。多年以來(lái)，每一次衛(wèi)星發(fā)生故障，都是一場(chǎng)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的“天地大營(yíng)救”。

2006年11月，我國(guó)一顆遙感衛(wèi)星突發(fā)故障。遙測(cè)數(shù)據(jù)顯示，衛(wèi)星在太空中急速翻滾，星上能源完全消失，只有陽(yáng)光照射到太陽(yáng)能帆板時(shí)，才有幾秒鐘的信號(hào)反饋。

衛(wèi)星研制部門(mén)和航天測(cè)控戰(zhàn)線的專(zhuān)家緊急會(huì)商。當(dāng)務(wù)之急，是盡快確定衛(wèi)星姿態(tài)，抓住每次幾秒鐘的衛(wèi)星加電時(shí)間，注入控制指令，使衛(wèi)星停止翻滾，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行姿態(tài)。否則，造價(jià)數(shù)十億元的衛(wèi)星，將成為毫無(wú)用處的太空垃圾。

西安衛(wèi)星測(cè)控中心研究員李恒年帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)持續(xù)20多天的仿真分析，終于掌握了衛(wèi)星翻滾的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和太陽(yáng)能帆板供電的周期規(guī)律，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出衛(wèi)星最大供電時(shí)間段。按照他們的建議，遠(yuǎn)望號(hào)測(cè)量船在南半球上空捕獲衛(wèi)星，注入遙控指令，69天的“太空營(yíng)救”，終獲全勝。

2002年6月，超期服役的中巴地球資源衛(wèi)星軟件系統(tǒng)突發(fā)故障，姿態(tài)紊亂失控，西安衛(wèi)星測(cè)控中心科技人員經(jīng)過(guò)15個(gè)晝夜鏖戰(zhàn)、數(shù)百圈不間斷跟蹤，使衛(wèi)星恢復(fù)正常姿態(tài)。巴西空間研究院的專(zhuān)家們驚嘆：“這是一個(gè)奇跡！中國(guó)的航天測(cè)控技術(shù)了不起！”

發(fā)射不久的某北斗衛(wèi)星與地面失去聯(lián)系，連續(xù)17天接收不到信號(hào)；“鑫諾六號(hào)”衛(wèi)星氦氣泄漏，如不及時(shí)處置，衛(wèi)星就會(huì)完全失效；“海洋二號(hào)”衛(wèi)星剛發(fā)射入軌后不久就持續(xù)翻滾，而且轉(zhuǎn)動(dòng)加快，隨時(shí)都有解體的危險(xiǎn)……

迄今為止，西安衛(wèi)星測(cè)控中心先后參與搶救了10多顆重大故障衛(wèi)星，讓這些太空飛行器轉(zhuǎn)危為安，也為國(guó)家挽回了巨大經(jīng)濟(jì)損失。

如果航天器是風(fēng)箏，測(cè)控就是風(fēng)箏線。

西安衛(wèi)星測(cè)控中心被稱(chēng)為衛(wèi)星“大管家”

1967年6月23日，一支神秘的隊(duì)伍來(lái)到秦嶺腳下，架起了我國(guó)航天測(cè)控網(wǎng)的第一根天線。當(dāng)時(shí)，美國(guó)已在全球布設(shè)了測(cè)控網(wǎng)。起步就差了一大截，要想盡快趕上甚至超越，必須跨越式發(fā)展。

1970年，我國(guó)第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”即將發(fā)射，西安衛(wèi)星測(cè)控中心大多數(shù)科技人員對(duì)航天測(cè)控知識(shí)知之甚少。他們刻苦鉆研，在短時(shí)間內(nèi)拿出一整套測(cè)控方案。“東方紅一號(hào)”剛剛升空，他們就準(zhǔn)確預(yù)報(bào)了衛(wèi)星飛臨世界244個(gè)城市上空的時(shí)間和方位。

航天測(cè)控技術(shù)是遙控和管理衛(wèi)星的尖端科技。打個(gè)比方，如果航天器是風(fēng)箏，測(cè)控就是風(fēng)箏線，牢牢地攥在航天測(cè)控人手中。從火箭發(fā)射一剎那開(kāi)始，實(shí)際上航天任務(wù)的接力棒就立即交到了航天測(cè)控人手里。茫茫太空，“差之毫厘，失之千里”，最能形象反映航天測(cè)控事業(yè)的高精度特點(diǎn)。

1975年，我國(guó)成功發(fā)射了第一顆返回式衛(wèi)星，測(cè)控觀察發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星近地點(diǎn)高度在逐漸升高。而從理論上分析，衛(wèi)星受到大氣阻力的影響，軌道近地點(diǎn)高度應(yīng)該是逐漸下降。西安衛(wèi)星測(cè)控中心測(cè)控專(zhuān)家李濟(jì)生開(kāi)始不分晝夜地計(jì)算。幾個(gè)月后，謎團(tuán)解開(kāi)：衛(wèi)星姿態(tài)控制的噴氣管會(huì)產(chǎn)生姿控力，雖然只有0.7克的作用力，卻使衛(wèi)星軌道近地點(diǎn)每天升高300多米。李濟(jì)生隨后開(kāi)發(fā)出了全新的衛(wèi)星定軌方案，使我國(guó)衛(wèi)星定軌精度達(dá)到了1公里。此后，李濟(jì)生帶領(lǐng)技術(shù)人員繼續(xù)攻關(guān)，使我國(guó)的衛(wèi)星定軌精度逐漸從公里級(jí)提高到100米級(jí)、10米級(jí)甚至米級(jí)，為我國(guó)航天事業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的軌道基礎(chǔ)。

目前，在環(huán)繞赤道上空、距地面約3.6萬(wàn)公里的地球靜止軌道上，大約有2300顆衛(wèi)星共存。如何在這條360度的“圓弧”占位，考驗(yàn)著航天測(cè)控技術(shù)能力。2007年初，我國(guó)一顆北斗衛(wèi)星發(fā)射在即，日本、俄羅斯各有1顆衛(wèi)星已搶先占據(jù)了“北斗”預(yù)定的組網(wǎng)軌位。由于擔(dān)心3顆衛(wèi)星共位產(chǎn)生碰撞危險(xiǎn)和電磁干擾，兩國(guó)不同意中國(guó)衛(wèi)星擠進(jìn)來(lái)。經(jīng)過(guò)周密準(zhǔn)備和艱苦談判，西安衛(wèi)星測(cè)控中心設(shè)計(jì)提出的衛(wèi)星共位控制方案，最終得到了兩國(guó)專(zhuān)家認(rèn)可。截至目前，3個(gè)國(guó)家的衛(wèi)星已在同一軌位上安全運(yùn)行8年多，成為國(guó)際社會(huì)和平利用太空資源的一個(gè)范例。

2016年8月16日，“力星一號(hào)”衛(wèi)星搭載“墨子號(hào)”科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星的運(yùn)載火箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功升空。“力星一號(hào)”的軌道高度只有100多公里，是迄今為止運(yùn)行軌道高度最低的人造地球衛(wèi)星。軌道低、衛(wèi)星飛行速度快，對(duì)衛(wèi)星的跟蹤、降軌的控制都是空前的考驗(yàn)。從經(jīng)驗(yàn)上來(lái)說(shuō)，我國(guó)沒(méi)有發(fā)射過(guò)軌道這么低的衛(wèi)星，這是在挑戰(zhàn)航天器運(yùn)行軌道的極限。西安衛(wèi)星測(cè)控中心科技人員連續(xù)工作兩個(gè)月，最終在世界上首次實(shí)現(xiàn)了過(guò)渡流區(qū)全球飛行，開(kāi)辟了新的飛行空域，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

從“東方紅一號(hào)”衛(wèi)星，到“北斗”“神舟”“嫦娥”等，每一次航天任務(wù)，都離不開(kāi)西安衛(wèi)星測(cè)控中心的“太空牽引”。組建至今50年，西安衛(wèi)星測(cè)控中心共完成300多次發(fā)射測(cè)控任務(wù)，長(zhǎng)期管理在軌飛行器100多顆，被稱(chēng)為衛(wèi)星“大管家”，創(chuàng)造了我國(guó)航天史上的多項(xiàng)第一。

精確預(yù)報(bào)飛船返回艙落地點(diǎn)，讓航天員從太空安全返回地球

載人航天工程是我國(guó)航天史上迄今為止規(guī)模最大、系統(tǒng)最復(fù)雜、技術(shù)難度最高的工程。西安衛(wèi)星測(cè)控中心擔(dān)負(fù)著兩個(gè)重要角色：測(cè)控通信任務(wù)和著陸場(chǎng)任務(wù)。

到目前為止，我國(guó)先后11次發(fā)射神舟飛船，“天宮”和“天舟”飛行器也相繼出征太空。指引這些龐然大物完成“太空握手”，保障天地通話(huà)、出艙活動(dòng)、太空授課等精彩瞬間，包括護(hù)送一批批航天員從太空軌道安全返回地面，都離不開(kāi)西安衛(wèi)星測(cè)控中心精準(zhǔn)的測(cè)控通信手段。

同時(shí)，精確預(yù)報(bào)飛船返回艙落地地點(diǎn)，對(duì)于第一時(shí)間迎接航天員、保障航天員健康安全有著極其關(guān)鍵的作用。

著陸場(chǎng)系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)飛船返回艙搜索回收和航天員搜索救援等任務(wù)，是一個(gè)多要素聯(lián)合、多專(zhuān)業(yè)協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)工程。西安衛(wèi)星測(cè)控中心組建了一支具備高度機(jī)動(dòng)性的全天候載人航天搜救力量，逐步形成了一套科學(xué)的方案流程，建立了快速安全搜救模式。

1999年11月21日凌晨3時(shí)36分，我國(guó)第一艘無(wú)人太空飛船神舟一號(hào)在內(nèi)蒙古阿木古郎草原順利著陸，西安衛(wèi)星測(cè)控中心測(cè)控回收人員自主摸索，精測(cè)妙控，在沒(méi)有任何技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)借鑒的情況下，僅靠“十八勇士”首次成功回收了神舟一號(hào)飛船，標(biāo)志著我國(guó)成為世界上第三個(gè)掌握載人航天回收技術(shù)的國(guó)家。

在神舟飛船前4次無(wú)人飛行任務(wù)中，地面對(duì)返回艙落點(diǎn)預(yù)報(bào)精度大約為10公里，相對(duì)于返回艙一萬(wàn)多公里的航程來(lái)說(shuō)，誤差是可以接受的，但西安衛(wèi)星測(cè)控中心科研人員不滿(mǎn)足于此。他們創(chuàng)造性提出了新的落點(diǎn)預(yù)報(bào)方案，通過(guò)近百次的仿真分析，使預(yù)報(bào)精度達(dá)到1公里。

2003年10月16日6時(shí)23分，第一位進(jìn)入太空的中國(guó)航天員楊利偉乘坐神舟五號(hào)飛船返回地球。當(dāng)時(shí)，神舟五號(hào)返回艙出“黑障區(qū)”時(shí)，回波信號(hào)劇烈起伏，基本上與地面失去電磁信號(hào)聯(lián)系。關(guān)鍵時(shí)刻，西安衛(wèi)星測(cè)控中心果斷實(shí)施光學(xué)引導(dǎo)，使雷達(dá)及時(shí)鎖定了目標(biāo)，創(chuàng)下了搜救直升機(jī)和返回艙相距50米同時(shí)著地、搜救人員30秒趕到落點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)的奇跡。記者 余建斌