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"天地大營救":走近衛星"起死回生"背後的"牧星人"
2017-07-24 09:45:55 來源: 中國青年報
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  原標題:走近衛星“起死回生”背後的“牧星人”——“天地大營救”

西安衛星測控中心神舟十一號搜索回收任務演練場景。西安衛星測控中心供圖

  過去一個月裏,中國航天幾乎是在全球公眾面前上演了一場“反轉劇”:6月19日,傳來火箭發射異常的消息,中星9A衛星未能進入預定軌道;7月5日,航天人通過軌道調整,又將這顆衛星從半空中“救出”,送入預定軌道。

  消息公開後,一個充滿神秘色彩的單位再次走進公眾視線:中國西安衛星測控中心——我國組建最早、規模最大、功能最全的航天器測控與管理中心。正是該中心主導了這次天地之間的“營救”事件。

  鮮為人知的是,在此之前,這裏就曾成功搶救過10余顆重大故障衛星,並長期管理著我國幾乎所有的航天器——目前已超過100多顆衛星。也因此,這個中心被稱作“中國衛星大管家”。

  近日,中國青年報·中青在線記者走進中國西安衛星測控中心,試著了解這些太空“牧星人”,以及衛星發生故障時,這裏上演的一場場起死回生、力挽狂瀾的“天地大營救”。

  “拯救”中星9A,比常規搶救節省100公斤燃料

  盡管已經過去半個多月,但説起中星9A,牽頭負責“營救”工作的西安衛星測控中心測控技術部副總工程師楊永安仍有些激動:“這次應急處置技術難度大、風險高、過程復雜,有很多不確定因素,遇到的技術難題和最後採用的搶救方案,都是前所未有的。”

  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。

  西安衛星測控中心技術部負責軌道控制的工程師孫守明告訴中國青年報·中青在線記者,中星9A的預定初始軌道遠地點高度為4.2萬公裏,而衛星實際入軌後初始軌道遠地點高度只有1.6萬公裏,相差了2.6萬公裏,“如此大的入軌偏差,以前很少遇到”。

  不過這在孫守明看來並非“真正意義上的失敗”。包括他在內的“牧星人”可以在地面控制衛星,利用衛星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。

  但棘手的是,如何通過測控手段,讓茫茫太空中的衛星,回到它原本要去的“位置”。

  如果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2萬公裏,而中星9A的遠地點高度僅有1.6萬公裏。孫守明説,“雖然大家積累了不少衛星搶救、應急變軌的經驗,但這種情況在歷史上尚屬首次,操作起來有許多新難題。”

  “牧星人”最終的選擇是,通過衛星自帶的發動機在近地點點火,盡量抬高遠地點高度到同步軌道“實現自救”,以完成三級火箭“未竟的事業”。

  值得一提的是,在這個新方案中,“牧星人”選擇了一種最省燃料的變軌策略。按照楊永安的説法,如果在整個變軌過程中,衛星燃料耗盡,那麼就算把衛星送到定點位置,也會成為一顆“死星”。

  “我們要做的,不僅是要把衛星送到預定位置,還要讓它盡可能地‘活下去’。”他説。

  7月5日21時,經過西安衛星測控中心16天的搶救,在實施10次軌道調整、6次定點捕獲後,中星9A成功定點于東經101.4度赤道上空的預定軌道——搶救工作成功。

  楊永安説,這次搶救首次實現了我國地球同步衛星轉移軌道段的近地點變軌,大大提高了對衛星異常情況下變軌控制的能力。

  他還透露,在整個應急變軌控制過程中,衛星推進劑實際消耗量遠遠低于預期。測控中心工作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。

  衛星一旦出事,救不回來就淪為太空垃圾

  這只是“牧星人”拯救衛星的一個縮影。

  根據西安衛星測控中心披露的數據,迄今為止,該中心先後參與搶救了10余顆重大故障衛星。

  熟悉航天的人都知道,對任何一顆衛星來説,點火發射只是拉開了其飛天使命的“帷幕”。每當烈焰飛騰、大地震顫、直刺青天的景象過後,衛星還要在地面測控係統的跟蹤、測量與控制下,進入預定軌道,此後,這顆衛星才真正開始工作。

  相應地,衛星在軌運行管理“大戲”上演,“牧星人”開始擔任主角。衛星在軌運行,短則一兩天,長則10年以上,運行時間較長的衛星被稱為長期在軌衛星。時間越長,對地上“牧星人”的考驗也就越大。

  西安衛星測控中心航天器長期管理部主任劉軍給出一個形象的説法:地球周圍環繞著電視轉播、氣象預報等大量衛星和太空碎片,在這些擁擠不堪的太空軌道上,一旦發生碰撞後果很難想象。加之航天器運行速度是高鐵的幾十倍,即使撞上很小的物體,也很可能粉身碎骨。

  這就需要長期管理人員,“每分每秒”盯著這些衛星,“如果衛星發生異常,不能有效注入控制指令,衛星無法轉入正常運行姿態,造價不斐的衛星,就將淪為毫無用處的太空垃圾”。

  至今,西安衛星測控中心技術部高級工程師韓忠民還記得,2006年10月23日深夜,自己剛躺下不久,家裏的電話突然響了:我國一顆遙感衛星出問題了——姿態失控,下行信號時有時無,地面發送的遙控指令衛星基本不執行。

  彼時,這顆衛星已經在軌運行了180天——已經不是一顆“新星”了。只是突然之間,衛星就像斷了線的風箏,“失聯”了!

  包括韓忠民在內的“牧星人”,足足花了69天,才把這顆衛星搶救過來。

  讓人沒想到的是,這場戰役剛剛結束,另一場戰役又隨即打響。2007年2月3日,剛發射不久的一顆北鬥衛星也跟著出現故障。

  與上一顆衛星搶救有所不同,這顆星壓根兒就沒有下行信號,連衛星到底在哪兒都不知道。當時不少業內人士認為,這顆衛星已經徹底失控,起死回生的可能性微乎其微。

  “牧星人”不願放棄。又一個60天,搶救工作得以成功。

  韓忠民説,這兩次搶救任務間隔時間短、持續時間長、技術難度大,都創造了我國航天歷史之最。

  “很多”衛星在超期服役,給國家節省資金上億元

  當然,一個不可避免的問題是,拯救衛星需要消耗燃料,一旦燃料耗盡,衛星就會因失去軌道修正能力,逐漸報廢。“牧星人”則會變著法地節省燃料,讓衛星“延年益壽”。

  工程師李方正至今記得,2009年9月9日,他所在的西安衛星測控中心過了一個別開生面的生日會:桌上擺放的生日蛋糕,由藍色奶油雕琢的地球,黃色檸檬勾勒的中國版圖,巧克力制作的太陽能帆板,鑲嵌在白色衛星上——生日的主角是實踐六號A/B雙星。

  這一天,這兩顆正在萬裏高空翱翔的“壽星”年滿五周歲——而衛星原本設計壽命只有兩年。如今這對衛星已超期服役10多年,是名副其實的“老壽星”。

  這也並非個案。中國青年報·中青在線記者從西安衛星測控中心了解到,目前還有“很多衛星”都在超期服役。

  按照劉軍的説法,衛星超期服役就相當于一顆衛星幹了多顆衛星的工作,由于衛星制造、發射成本高,測控人員的“精測妙控”相當于給國家節省大量資金,如果再算上搶救來的10多顆衛星,就已經為國家挽回了數十億元的經濟損失。

  就在去年6月,中國衛通公司一行3人專程來到西安衛星測控中心,贈送錦旗,對後者消除某衛星通信轉發器幹擾問題表示感謝。

  劉軍還記得,當時衛通公司一位負責人提到,消除幹擾的任務完成後,受影響的衛星十幾兆珍貴的通信帶寬資源得以釋放,直接經濟效益上千萬元。

  “我們誰都不能否認,航天事業具有高風險、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,是我們這些‘牧星人’的使命。”劉軍説。

  事實上,隨著我國在軌衛星數量的不斷增多,衛星故障率也隨之增加,迫切需要提高衛星遠程診斷維修能力。

  西安衛星測控中心航天器長期管理部高級工程師李衛平説,“牧星人”專門按照信息化、可視化、快速化三個步驟攻堅,獲取了衛星診斷維修的“行醫資格證”。

  幾年前,西安衛星測控中心管理衛星約為80多顆,衛星故障率為每天2.7次;按照該中心最新披露的數據,2017年,衛星數量大幅增加,故障率卻下降了50%。

  李衛平告訴中國青年報·中青在線記者,近幾年為適應建設航天強國的形勢要求,該中心利用人才資源優勢加強相關研究,這其中專門收集整理國內外千余次故障案例,建立10多萬條診斷知識,自主研發了一套航天器故障診斷專家係統。據他透露,這套係統運行以來,累計發現衛星各類故障幾百余起。

  相應的是,幾百余起衛星故障被消滅在萌芽狀態。(記者 邱晨輝)

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