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讓10多顆重大故障衛星起死回生 走進“太空救險隊”
2017-08-21 08:19:42 來源: 人民日報
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  “中星9A”廣播電視直播衛星發射失利後,被西安衛星測控中心成功救回並進入預定軌道

  走進“太空救險隊”(關注)

西安衛星測控中心某測控站正在進行“嫦娥”任務動員宣誓。西安衛星測控中心供圖

  不久前,“中星9A”廣播電視直播衛星發射失利,隨後西安衛星測控中心力挽狂瀾,通過“天地大營救”將“中星9A”救回,進入預定軌道。

  在我國航太測控事業發展50周年之際,記者走進這個被譽為航太測控領域國家隊的現代化航太測控中心。它不僅管理著我國100多顆在軌航太器,還通過高超的航太測控技術,讓包括“中星9A”在內的10多顆重大故障衛星起死回生,堪稱“太空救險隊”。

  每一次衛星發生故障,都是一場充滿挑戰的“天地大營救”

  6月19日0時11分,我國在西昌衛星發射中心用長徵三號乙運載火箭發射“中星9A”廣播電視直播衛星,發射過程中出現異常,衛星未能進入預定軌道。

  “中星9A”危在旦夕。在人們為失利扼腕嘆息時,西安衛星測控中心的技術人員在第一時間分析失利原因,制定挽救措施。

  12個小時後,失利原因被準確鎖定:火箭三級姿態係統工作異常,導致不能以足夠的速度和高度將衛星送入預定軌道。

  據負責軌道控制的工程師孫守明介紹,“中星9A”的預定初始軌道遠地點高度為41991公里,而衛星實際入軌後初始軌道遠地點高度只有16420公里,相差了25571公里。如此大的入軌偏差,在國際同步衛星發射歷史上都屬罕見。

  “還有救!”孫守明説,“‘中星9A’雖然沒有進入預定軌道,但這並不算真正意義上的失敗,還能夠由地面控制衛星利用其自身攜帶的推進劑實施變軌控制,使衛星最終進入同步軌道。”

  故障的復雜程度遠遠超過了預想。要想按照預案中的措施進行搶救,衛星遠地點軌道高度至少要高于2萬公里,而“中星9A”的遠地點高度僅16420公里。這種情況在歷史上尚屬首次,操作起來有許多新難題。

  7月5日21時,經過16天的全力搶救,綜合調用陸海基航太測控資源,準確實施10次軌道調整、6次定點捕獲,衛星成功定點于東經101.4度赤道上空的預定軌道,西安衛星測控中心的太空搶救工作圓滿完成。

  在整個過程中,衛星推進劑實際消耗量遠遠低于預期。西安衛星測控中心技術人員提出的搶救方案與常規搶救方法相比,為衛星節省約100公斤燃料。

  航太事業具有高風險、高投入的特性。受空間環境幹擾與設備、器件壽命等因素影響,在軌衛星故障時有發生,保護這些寶貴的國家太空資産,是西安衛星測控中心的重要使命。多年以來,每一次衛星發生故障,都是一場充滿挑戰的“天地大營救”。

  2006年11月,我國一顆遙感衛星突發故障。遙測數據顯示,衛星在太空中急速翻滾,星上能源完全消失,只有陽光照射到太陽能帆板時,才有幾秒鐘的信號反饋。

  衛星研制部門和航太測控戰線的專家緊急會商。當務之急,是盡快確定衛星姿態,抓住每次幾秒鐘的衛星加電時間,注入控制指令,使衛星停止翻滾,轉入正常運作姿態。否則,造價數十億元的衛星,將成為毫無用處的太空垃圾。

  西安衛星測控中心研究員李恒年帶領團隊經過持續20多天的倣真分析,終于掌握了衛星翻滾的運動規律和太陽能帆板供電的周期規律,準確預測出衛星最大供電時間段。按照他們的建議,遠望號測量船在南半球上空捕獲衛星,注入遙控指令,69天的“太空營救”,終獲全勝。

  2002年6月,超期服役的中巴地球資源衛星軟件係統突發故障,姿態紊亂失控,西安衛星測控中心科技人員經過15個晝夜鏖戰、數百圈不間斷跟蹤,使衛星恢復正常姿態。巴西空間研究院的專家們驚嘆:“這是一個奇跡!中國的航太測控技術了不起!”

  發射不久的某北鬥衛星與地面失去聯繫,連續17天接收不到信號;“鑫諾六號”衛星氦氣泄漏,如不及時處置,衛星就會完全失效;“海洋二號”衛星剛發射入軌後不久就持續翻滾,而且轉動加快,隨時都有解體的危險……

  迄今為止,西安衛星測控中心先後參與搶救了10多顆重大故障衛星,讓這些太空飛行器轉危為安,也為國家挽回了巨大經濟損失。

  如果航太器是風箏,測控就是風箏線。西安衛星測控中心被稱為衛星“大管家”

  1967年6月23日,一支神秘的隊伍來到秦嶺腳下,架起了我國航太測控網的第一根天線。當時,美國已在全球布設了測控網。起步就差了一大截,要想盡快趕上甚至超越,必須跨越式發展。

  1970年,我國第一顆人造地球衛星“東方紅一號”即將發射,西安衛星測控中心大多數科技人員對航太測控知識知之甚少。他們刻苦鑽研,在短時間內拿出一整套測控方案。“東方紅一號”剛剛升空,他們就準確預報了衛星飛臨世界244個城市上空的時間和方位。

  航太測控技術是遙控和管理衛星的尖端科技。打個比方,如果航太器是風箏,測控就是風箏線,牢牢地攥在航太測控人手中。從火箭發射一剎那開始,實際上航太任務的接力棒就立即交到了航太測控人手裏。茫茫太空,“差之毫厘,失之千裏”,最能形象反映航太測控事業的高精度特點。

  1975年,我國成功發射了第一顆返回式衛星,測控觀察發現,衛星近地點高度在逐漸升高。而從理論上分析,衛星受到大氣阻力的影響,軌道近地點高度應該是逐漸下降。西安衛星測控中心測控專家李濟生開始不分晝夜地計算。幾個月後,謎團解開:衛星姿態控制的噴氣管會産生姿控力,雖然只有0.7克的作用力,卻使衛星軌道近地點每天升高300多米。李濟生隨後開發出了全新的衛星定軌方案,使我國衛星定軌精度達到了1公里。此後,李濟生帶領技術人員繼續攻關,使我國的衛星定軌精度逐漸從公里級提高到100米級、10米級甚至米級,為我國航太事業發展奠定了堅實的軌道基礎。

  目前,在環繞赤道上空、距地面約3.6萬公里的地球靜止軌道上,大約有2300顆衛星共存。如何在這條360度的“圓弧”佔位,考驗著航太測控技術能力。2007年初,我國一顆北鬥衛星發射在即,日本、俄羅斯各有1顆衛星已搶先佔據了“北鬥”預定的組網軌位。由于擔心3顆衛星共位産生碰撞危險和電磁幹擾,兩國不同意中國衛星擠進來。經過周密準備和艱苦談判,西安衛星測控中心設計提出的衛星共位控制方案,最終得到了兩國專家認可。截至目前,3個國家的衛星已在同一軌位上安全運作8年多,成為國際社會和平利用太空資源的一個范例。

  2016年8月16日,“力星一號”衛星搭載“墨子號”科學試驗衛星的運載火箭,在酒泉衛星發射中心成功升空。“力星一號”的軌道高度只有100多公里,是迄今為止運作軌道高度最低的人造地球衛星。軌道低、衛星飛行速度快,對衛星的跟蹤、降軌的控制都是空前的考驗。從經驗上來説,我國沒有發射過軌道這麼低的衛星,這是在挑戰航太器運作軌道的極限。西安衛星測控中心科技人員連續工作兩個月,最終在世界上首次實現了過渡流區全球飛行,開辟了新的飛行空域,突破了多項關鍵技術。

  從“東方紅一號”衛星,到“北鬥”“神舟”“嫦娥”等,每一次航太任務,都離不開西安衛星測控中心的“太空牽引”。組建至今50年,西安衛星測控中心共完成300多次發射測控任務,長期管理在軌飛行器100多顆,被稱為衛星“大管家”,創造了我國航太史上的多項第一。

  精確預報飛船返回艙落地點,讓航太員從太空安全返回地球

  載人航太工程是我國航太史上迄今為止規模最大、係統最復雜、技術難度最高的工程。西安衛星測控中心擔負著兩個重要角色:測控通信任務和著陸場任務。

  到目前為止,我國先後11次發射神舟飛船,“天宮”和“天舟”飛行器也相繼出徵太空。指引這些龐然大物完成“太空握手”,保障天地通話、出艙活動、太空授課等精彩瞬間,包括護送一批批航太員從太空軌道安全返回地面,都離不開西安衛星測控中心精準的測控通信手段。

  同時,精確預報飛船返回艙落地地點,對于第一時間迎接航太員、保障航太員健康安全有著極其關鍵的作用。

  著陸場係統主要負責飛船返回艙搜索回收和航太員搜索救援等任務,是一個多要素聯合、多專業協同的復雜係統工程。西安衛星測控中心組建了一支具備高度機動性的全天候載人航太搜救力量,逐步形成了一套科學的方案流程,建立了快速安全搜救模式。

  1999年11月21日淩晨3時36分,我國第一艘無人太空飛船神舟一號在內蒙古阿木古郎草原順利著陸,西安衛星測控中心測控回收人員自主摸索,精測妙控,在沒有任何技術和經驗借鑒的情況下,僅靠“十八勇士”首次成功回收了神舟一號飛船,標誌著我國成為世界上第三個掌握載人航太回收技術的國家。

  在神舟飛船前4次無人飛行任務中,地面對返回艙落點預報精度大約為10公里,相對于返回艙一萬多公里的航程來説,誤差是可以接受的,但西安衛星測控中心科研人員不滿足于此。他們創造性提出了新的落點預報方案,通過近百次的倣真分析,使預報精度達到1公里。

  2003年10月16日6時23分,第一位進入太空的中國航太員楊利偉乘坐神舟五號飛船返回地球。當時,神舟五號返回艙出“黑障區”時,回波信號劇烈起伏,基本上與地面失去電磁信號聯繫。關鍵時刻,西安衛星測控中心果斷實施光學引導,使雷達及時鎖定了目標,創下了搜救直升機和返回艙相距50米同時著地、搜救人員30秒趕到落點現場的奇跡。(記者 余建斌)

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