90后学生狂敲2万行代码,超远距离救卫星,极限救援能力让美忌惮

说宇宙寻真理 2025-04-20 15:17:16

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卫星发射失利在国际上很常见,不过能够进行营救并且让卫星最终进入预定轨道的情况很少见,中国填补了这方面的空白。

最关键的是,这场营救是在距离地球几十万公里之远的外太空进行的,所有的救援措施都是隔空进行,遥控实施。

面对营救危机,最大的难点和挑战是什么?中国的科研人员具体又采取了哪些行动?

轨道高度13.4万公里,低于30万公里

2024年3月,双星组合体——DRO-A/B卫星被发射升空。西昌卫星发射中心的地面团队监测,一二级火箭飞行正常,但是在即将进入预定轨道的上面级飞行状态时,卫星的飞行显现出了异常,看起来没有进入预定轨道。

DRO,中文名称地月空间远距离逆行轨道。这其中涉及到了两个概念,一个是“地月空间”,一个是“远距离逆行轨道”。

顾名思义,地月空间就是指地球到月球之间的空域,具体指的是近地轨道、近月轨道两者之间的新空域。

这片空域庞大,且距离地球遥远,轨道最远距离距离地球可以达到200万公里以上。什么是远距离逆行轨道呢?指的是一个绕月轨道。

远距离可以理解,指的就是距离月球很远,最远的距离在7万公里到10万公里之间。逆行,则是指和月球公转的方向相反。

将上述几个概念结合在一起,就会明白,这指的是地球和月球之间庞大的深空区域。这片区域毫不客气地说,已经远离地球,处在了宇宙之中。

所以发射的那两颗卫星,就属于绕月卫星,只是在发射升空后没有进入预定轨道。具体的情况是怎么样的呢?

两颗卫星实际进入的初始轨道,距离地球最远点的高度只有13.4万公里,科研人员预先设计的高度为30万公里,两者之间的差距相当大。

卫星能源安全问题

两颗卫星是在3月13日发射升空的,最初的几个小时里,地面监控站时断时续的捕获着卫星遥测数据。

科研人员根据数据判断,两颗卫星正在以每秒200°的速度快速翻滚,也就是说,卫星的飞行方式“不正常”。

接下来的几个小时,科研人员采取了紧急的处置措施,通过地面监控站点,不断向两颗卫星发送相关的指令。

最关键的是解决了卫星的能源安全问题。在太空中,卫星主要是通过吸收转化太阳能来维持动力的,如果这方面出了问题,卫星的运行也会出问题。

科研人员调整了卫星上太阳翼的对日姿态,最终让卫星上的蓄电池充放电保持了平衡。整个过程持续了几个小时,情况稍稍好转后,通过遥测数据,科研人员又发现了新问题。

两颗卫星中的A星,它的太阳翼能够转动,但是没办法锁定,简单来说类似于太阳能电池板,不能够对准太阳。B星的情况更严重,太阳翼没办法转动,也没办法锁定。

这就是说,两颗卫星在飞行的过程中依旧不能解决能源和动力问题,只能依靠地面不断对其的飞行姿态进行调整,才能保持能源和动力安全。

如此一来,很快就又面临着更大的问题,就是上面提到的飞行高度严重不足的情况,没有达到预定的轨道。

救援行动开始,轨道重构

情况相当严峻,任凭两颗卫星在偏离的轨道上运行,就好比是火车脱轨,最终的发射也就失败了。

两天以后,科研人员做出的决定是,两颗卫星不进行分离,接下来重新制定其轨道飞行高度。具体来说,两颗卫星交替利用燃料,不断抬升轨道高度,确保其最终飞抵预定轨道。

决策说起来简单,具体实施可就不是一般的难了,因为在此之前,不管是国内还是国外,都还没有遇到过类似的情况。

王强,中国科学院空间应用中心副主任。他在后来接受媒体采访时,用“异地做手术”来比喻此次的营救。

两颗卫星好比是遭遇突发疾病的患者,但是身患重病,身边却没有一位“医生”。地面的科研人员虽然知道问题出在哪里,然而却不能进行实地的“救治”。

医生和患者之间的距离,远远超过了13万公里,而且每分每秒这个距离还在拉大。如果不能及时进行“救治”的话,卫星最终将彻底脱离地面科研人员的遥控。

接下来的两天很关键。3月18日,科研人员抓住时机进行了近地点轨道机动补救控制。通过这种措施,两颗卫星的高度被抬高到了24万公里。

到了3月23日,科研人员又一次采取了类似的措施,卫星的轨道高度进一步被抬升到38万公里。

高度基本够了,但是问题还没有彻底解决,因为在接下来卫星还要开启奔月机动,也就是进入月球的轨道。

30多岁的科学家主导救援行动

面对两颗卫星的飞行异常,地面科研人员的平均年龄只有34岁。别看他们年轻,但是经过前期的强有力措施,已经初步解决了异常问题。

4月2日是异常关键的一天,地面科研人员的行动如果没有成功,两颗卫星将很有可能不能进入地月转移轨道。

好在科研人员的行动又一次成功了,卫星距离地球越来越远,距离月球越来越近,成功进入了地月转移轨道。

接下来到7月份,两颗卫星已经成功接近了DRO 空域。7月15日当天,在科研人员的操控下,两颗卫星进行了入轨机动,顺利进入了预定任务轨道。

至此,卫星升空后面临的一系列异常情况都得到了圆满的解决。从3月份到7月份,两颗卫星经历了123天的飞行,里程超过了800万公里。

问题解决了。不过接下来科研人员还有。

卫星成功分离,开启任务执行模式

DRO-A/B卫星,在长达100多天的飞行中处于组合体状态,到达预定轨道以后要分离开来才能执行任务。

8月28日,在科研人员的远程操控下,成功让两颗卫星分离。分离后的前30分钟内,两颗卫星距离较近,还进行了相互拍照,这让科研人员清晰的了解了卫星太阳翼的情况。

值得一提的是,在轨道上还有另外一颗卫星DRO-L卫星,以前两颗卫星早发射几天,8月30日,科研人员成功在三颗卫星之间构建起了通信链路,验证了三颗卫星互联互通的组网模式。

这一切都建立在卫星出现异常,并成功实施营救的基础之上。研究员张皓曾向媒体表示,团队在卫星发射以前已做了预案,清楚可能出现异常的地方在哪里。

因此,当真正出现问题后,大部分的异常情况都能判断出来,所以团队也知道,面对异常可以采取拯救措施。团队的目标一致,方法得当,最终把卫星拯救了回来。

最关键的是,整个团队的平均年龄真的很小,这次成功营救展示了我国深空故障恢复以及自主导航技术上的突破。

未来,我国会在地月空间发射部署更多的航天器,成功营救的经验和方法都将是极其有用的。

科研人员也意识到,相比于以往传统的卫星燃料消耗,此次进行拯救的过程中,消耗的燃料只有以往的1/5。

这也就意味着,未来针对地月空间的发射和部署,航天器可以实现低能耗的地月转移,进而就能进一步降低发射部署成本,可以大规模的开发利用地月空间。

最关键的是,此次拯救行动在国际上还没有先例。

能源受限,难度更大

国际上也曾发生过营救卫星的案例,比如1990年日本发射的月球探测器,在发射过程中火箭出了问题,地面人员组织营救,把卫星成功找回。

再比如,1998年亚洲卫星3号在发射过程中出现故障,休斯公司也组织了对卫星的营救。

以上两次营救的难度都不高,因为卫星本身没有出现问题。国内去年展开的营救则不一样,卫星的太阳翼受损严重,也就是不能充分接受和利用燃料,综合来看,营救难度更大。

但我们成功实施了营救,就连美国的一些科研人员也对行动予以高度评价。哈佛大学史密森尼天体物理中心的一位科学家就表示,中国在处理复杂天体动力学问题的能力方面,已经和美国不相上下。

不过,在美国军方眼里,中国执行的营救行动可能会让他们更加惊惧和担心。多年以来,美国军方一方面表示,他们有能力可以攻击和摧毁中国的卫星。

但是在另一方面,美国军方又一直表示,他们的军用卫星一直在遭到攻击,而攻击者无疑是中国和俄罗斯。

从这一点就能看出来,美国对中国的卫星及航天技术一直是相当忌惮的,而随着我国成功实施远距离的卫星营救,美国接下来可能就更睡不安稳了。

结语

地月空间类似于大航海时代发现的新大陆,未来这片空域将是整个科学探索的新区域,航天器的部署,尤其是应用基础设施的部署,再结合载人升空探索,都将是一个新起点。

哪个国家的技术更高,未来对这片空域的探索也就更能具备主导地位。航天大国接下来肯定都要你追我赶地进行竞争,我国的相关技术无疑又是走在了最前列。

参考资料:

《面对卫星飞行“迷路”,一群90后科学家上演真实版太空营救》 南方都市报 2025年4月16日

《地月空间123天,850万公里,中国团队揭秘卫星极限生死救援》 中国新闻网 2025年4月16日

《美太空军二把手曝“美卫星每天都在遭受攻击”,果然又赖中俄》 环球网 2021年12月2日

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