去年,“DRO-A/B卫星发射异常”的消息引发关注:
2024年3月13日20时51分,我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭/远征一号S上面级发射DRO-A/B卫星,运载火箭一二级飞行正常,上面级飞行异常,卫星未准确进入预定轨道。
日前,“负伤”卫星画面首次公布:卫星的太阳翼呈近90度弯折,如折断的翅膀,却在深空背景下倔强舒展。↓↓↓
4月15日,在“地月空间DRO探索研究学术研讨会”上,这场救援背后的故事对外公布。
如今,“我们的卫星已发射在轨一年有余,国际首个地月空间三星星座稳定运行200多天。”中国科学院空间应用工程与技术中心研究员张皓介绍说。
“折翼苍鹰”
问题接踵而至。
地面测控数据显示,重达581公斤的双星组合体以每秒超过200度的速度疯狂翻滚。
“这相当于每1.8秒‘翻一次跟头’,离心力足以将太阳翼像纸片般撕碎。”中国科学院微小卫星创新研究院研究员白涛解释,“常规大卫星每秒转几十度就可能散架。”
眼前最重要且紧急的问题,就是让卫星“稳”下来。
2024年3月14日0时前后,来自地面的“救援”开始了。
77岁的工程顾问、中国科学院院士顾逸东,工程总师林宝军、工程副总指挥王强,在西昌紧急连线北京的工程总指挥高铭、工程副总师李绪志,会同卫星系统、载荷系统和测控系统,成立应急飞控小组。
他们的每一个决策,都关乎卫星的命运。
很快,小组给出应急处置措施:通过紧急上注指令、修改参数阈值等操作,交替使用双星组合体的发动机喷气消除旋转。
飞控团队用“每条指令发三遍”的土办法,试图让卫星“停转”。“当时的发令单像雪片一样飞来。”飞控主管调度温旭峰事后回忆道。
转机出现在14日凌晨3时前后。“DRO-B卫星姿控发动机成功点火。”中国科学院微小卫星创新研究院研究员李笑月报告。
20分钟后,双星组合体成功“消旋”。
地月大救援的第一关,过了。
“太阳翼异常!”新危机显现。
地面站遥测数据显示:DRO-A卫星的太阳翼无法锁定,DRO-B卫星的太阳翼则完全“脱臼”。
太阳翼是卫星的动力源,其异常会导致电力告急,卫星随时可能因能源耗尽沦为太空垃圾。
“庆幸的是,太阳翼发电正常。”张军说。
飞控团队紧急开展了一系列操作:注入姿态控制指令,通过反复调整对日姿态、平衡蓄电池充放电……最终让“受伤”的太阳翼“追光充电”。
“就像折翼的苍鹰,用喙与利爪钩住岩缝向上攀登。”中国科学院微小卫星创新研究院副研究员冷佳醒这样形容卫星的坚韧。
“引力赛跑”
第二关惊险渡过,但真正的考验才刚刚开始。
轨道远地点高度不足预期一半,燃料余量又捉襟见肘。如何将卫星从“绝望轨道”拽回正轨?
2024年3月14日凌晨,张皓、白涛和飞控团队在机房热烈讨论,面对满屏的预设程序,手写公式、敲击代码,开始一场与引力的赛跑。
40小时不眠不休,轨道重构方案诞生:卫星需在120小时内完成首次轨道机动,否则将永远失去进入DRO的机会。
张皓形容那段时间“肾上腺素狂飙”,困意被高压驱散。
基于飞控团队的计算结果,工程总体做出决策:双星不分离,交替利用双星燃料抬升轨道高度,全力保障双星组合体飞抵DRO。
3月18日12时42分,第一次应急处置轨道控制启动。
张皓清晰地记得这个时间。他们要将双星组合体高度抬高到24万公里。
控制指令上注后,卫星发动机点火持续了惊心动魄的1200秒。
这是罕见的长时间太空点火,也是决定卫星救援成败的“生死时刻”。
“若推力方向因质心偏移产生干扰力矩,卫星将可能再次失控。”张皓说。
千钧一发的时刻,往往比想象中更安静。
几排弧形控制台前,技术人员眼中布满血丝。有人无意识地啃着指甲,有人反复擦拭眼镜——所有人都在等待一个答案:“折翼苍鹰”能否再次展翅高飞?
张皓真切体会到心脏狂跳的窒息感。当DRO-A/B双星组合体在大屏幕的演示动画中向上“攀爬”时,他的静息心率从每分钟60多次飙至每分钟120多次。
“我当时甚至听不到大厅里的声音。”张皓站在飞控大厅后排,死死盯着屏幕。
当屏幕显示点火时间达1200秒,温旭峰宣布“轨道控制圆满成功”,大厅爆发出久违的掌声。
这是张皓在此次任务中第一次听到掌声。
他转头对同事许高杰挤出一句:“打100分!”
两人短暂拥抱,眼角微湿。
几天后,他们进行了第二次近地点轨道机动补救控制,双星组合体被抬高到38万公里,越过“死亡线”。
“太空桌球”
这场持续120多天的“太空救援”,在2024年7月15日迎来终章。
当“负伤”的双星组合体滑入预定轨道,张皓瞥见有人抹眼角。
传统上需要火箭直推38万公里的任务,被拆解为4次绕地、3次飞临月球的“接力赛”。飞控团队经历了5次关键轨道机动,以及无数次“心跳过山车”。
“我们就像在玩一场高难度的‘太空桌球’。”中国科学院空间应用工程与技术中心副研究员毛新愿说,团队必须精准计算每次机动的“击球点”,利用月球引力的“弹弓效应”将卫星推向正确方向。
这意味着,团队必须在几个小时之内完成数万次轨道计算,同时考虑太阳、地球、月球引力的复杂影响,甚至手动调整参数,拼尽全力处理极端情况。
“稍有偏差便会前功尽弃。”张皓说。
最终,团队以传统方案1/5的燃料消耗,完成这场跨越约850万公里的绝地反击。这个距离相当于在地月之间走了11个来回。
8月28日,DRO-A/B双星组合体成功分离,双星互相拍照。
王文彬屏息注视着传回的珍贵图像,这是他第一次真切看到这对“负伤”卫星的样子:DRO-A卫星的太阳翼呈近90度弯折,DRO-B卫星的太阳翼如折断的翅膀,却在深空背景下倔强舒展。
“以前总说‘星辰大海’,现在我们真的在搭建通往深空的港口。”王文彬说,“三星组网构成的‘地月灯塔’,未来可为月球基地导航授时,甚至为火星探测铺就信息高速公路。”
这场地月大救援不仅挽回了价值数亿元的卫星,还验证了多项“全球首次”:航天器DRO低能耗入轨、117万公里超远距离星间通信、天基测定轨新体制……
为科研人员点赞!
来源 人民日报综合自中国青年报、青蜂侠、中国科学报
值班编辑 康嘻嘻
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