時針撥回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,,翹首以盼一個歷史性時刻——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,。
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),。
沒人料到,,這次寄望星辰的遠(yuǎn)征,竟以一場驚心動魄的“太空救援”拉開序幕,。
“絕望軌道”
2024年3月13日20時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,,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,。
部分科技人員暫時離開大廳,在航天城內(nèi)散步休憩,。
“沒人想到之后會發(fā)生意外,?!敝袊茖W(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員王文彬回憶道。
意外來臨前,,一切如常,。
大廳里鍵盤敲擊聲與電話鈴聲交織如常。
廳外走廊的交流談笑如常,。
有科技人員甚至討論起“遠(yuǎn)征上面級”型號中的“S”的含義,。
時鐘即將指向23時,星箭分離時刻將至,。
外出人員陸續(xù)返回,,飛控大廳卻陷入異樣的寂靜。
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: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?
對方面色凝重,。
屏幕上的軌道參數(shù)依舊瘋狂跳動,。
此起彼伏的電話鈴聲已織成一張焦慮的網(wǎng)。
幾乎所有人都意識到:上面級飛行異常了,。
不久后,,雙星組合體飛出測控區(qū)。
但此時的地面,,并未如期收到衛(wèi)星分離的遙測信號,。
“衛(wèi)星下落不明,生死未卜,。”張皓說,。
約40分鐘后,測控系統(tǒng)捕獲到閃爍的衛(wèi)星信號,。
“它還活著,。”中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研究員張軍說,。
確切的消息傳來——
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,。
“就像眼看著風(fēng)箏斷線,手里卻還攥著最后的希望,?!睆堒娬f。
“折翼蒼鷹”
問題接踵而至,。
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,。”
四象限法則提到,,重要且緊急的需最先去解決,。年輕的中國科技工作者熟稔這條法則。眼前最重要且緊急的問題,,就是讓衛(wèi)星“穩(wěn)”下來,。
2024年3月14日0時前后,來自地面的“救援”開始了,。
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,。
他們的每一個決策,,都關(guān)乎衛(wèi)星的命運(yùn)。
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)時的發(fā)令單像雪片一樣飛來,。”飛控主管調(diào)度溫旭峰事后回憶道,。
轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在14日凌晨3時前后,。“DRO-B衛(wèi)星姿控發(fā)動機(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,。
20分鐘后,雙星組合體成功“消旋”,。
地月大救援的第一關(guān),,過了。
“太陽翼異常,!”新危機(jī)顯現(xiàn),。
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)星的動力源,,其異常會導(dǎo)致電力告急,衛(wèi)星隨時可能因能源耗盡淪為太空垃圾,。
“慶幸的是,,太陽翼發(fā)電正常?!睆堒娬f,。
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,?!敝袊茖W(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。
“引力賽跑”
第二關(guān)驚險(xiǎn)渡過,,但真正的考驗(yàn)才剛剛開始,。
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小時不眠不休,,軌道重構(gòu)方案誕生:衛(wèi)星需在120小時內(nèi)完成首次軌道機(jī)動,,否則將永遠(yuǎn)失去進(jìn)入DRO的機(jī)會。
張皓形容那段時間“腎上腺素狂飆”,,困意被高壓驅(qū)散,。
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,。
3月18日12時42分,第一次應(yīng)急處置軌道控制啟動,。
張皓清晰地記得這個時間,。他們要將雙星組合體高度抬高到24萬公里。
控制指令上注后,,衛(wèi)星發(fā)動機(jī)點(diǎn)火持續(xù)了驚心動魄的1200秒,。
這是罕見的長時間太空點(diǎn)火,也是決定衛(wèi)星救援成敗的“生死時刻”,。
“若推力方向因質(zhì)心偏移產(chǎn)生干擾力矩,衛(wèi)星將可能再次失控,?!睆堭┱f。
千鈞一發(fā)的時刻,,往往比想象中更安靜,。
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畫中向上“攀爬”時,,他的靜息心率從每分鐘60多次飆至每分鐘120多次。
“我當(dāng)時甚至聽不到大廳里的聲音,?!睆堭┱驹陲w控大廳后排,死死盯著屏幕,。
當(dāng)屏幕顯示點(diǎn)火時間達(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,。
這是張皓在此次任務(wù)中第一次聽到掌聲,。
他轉(zhuǎn)頭對同事許高杰擠出一句:“打100分?!?/p>
兩人短暫擁抱,,眼角微濕。
幾天后,,他們進(jìn)行了第二次近地點(diǎn)軌道機(jī)動補(bǔ)救控制,,雙星組合體被抬高到38萬公里,,越過“死亡線”。
“太空桌球”
這場持續(xù)120多天的“太空救援”,,在2024年7月15日迎來終章,。
當(dāng)“負(fù)傷”的雙星組合體滑入預(yù)定軌道,張皓瞥見有人抹眼角,。
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,,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)必須在幾個小時之內(nèi)完成數(shù)萬次軌道計(jì)算,,同時考慮太陽,、地球、月球引力的復(fù)雜影響,,甚至手動調(diào)整參數(shù),,拼盡全力處理極端情況。
“稍有偏差便會前功盡棄,?!睆堭┱f。
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。這個距離相當(dāng)于在地月之間走了11個來回,。
8月28日,,DRO-A/B雙星組合體成功分離,雙星互相拍照,。
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,。
“雙星能源平衡,平臺及載荷工作正常,?!?/p>
飛控大廳內(nèi)響起一陣歡呼!
“地月燈塔”
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,。
理論上的完美軌道,,需要實(shí)際飛行驗(yàn)證。
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,。
至此,全球首個基于DRO的地月空間三星星座成功實(shí)現(xiàn)在軌部署,。
“以前總說‘星辰大?!F(xiàn)在我們真的在搭建通往深空的港口,?!蓖跷谋蛘f,“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,,甚至為火星探測鋪就信息高速公路?!?/p>
這場地月大救援不僅挽回了價值數(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……