|
【案例】
中国卫星脱轨123天，画面首次公布！有学生参与救援写两万行代码
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。↓↓↓
“飞行异常”后，在2024年3月13日至7月15日的123天时间里，一支平均年龄不到34岁的科研团队进行了一场紧急“太空救援”，让卫星最终“丝滑”入轨。 甚至几位学生也参与到“太空救援”中：中国科学院大学95后博士研究生孙洋快速算出DRO备份轨道入轨参数；两位95后研究生李霜琳、蒲京辉开发星上自主导航与时间同步程序，写的两万行代码已在太空运行；00后博士研究生尹永辰精确复核每次控制参数……
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。
时针拨回2024年3月13日，北京航天飞行控制中心，张皓与数十名科技人员注视着屏幕，翘首以盼一个历史性时刻——中国人将首次开启地月空间远距离逆行轨道（Distant Retrograde Orbit，简称DRO）的深度探索。 地月相距38万公里，其间，有着无数条轨道，其中一条名为DRO的特殊轨道，被航天科学家和工程师们视为“地月空间中的天然良港”，一大特性在于这条轨道稳如磐石，航天器无需频繁调整即可驻留数百年。 这条距离地球31万至45万公里的特殊轨道，是连接地球、月球、深空的“十字路口”，是人类尚未开发利用的新疆域，也是支持载人深空探索的新起点。
没人料到，这次寄望星辰的远征，竟以一场惊心动魄的“太空救援”拉开序幕。 “绝望轨道” 2024年3月13日20时51分，西昌卫星发射中心，搭载DRO-A/B双星组合体的长征二号丙运载火箭/远征一号S上面级发射升空。 数千里外的北京航天城，来自中国科学院空间应用工程与技术中心、中国科学院微小卫星创新研究院、北京航天飞行控制中心等单位的科技人员，早早来到飞控大厅，准备“接棒”飞向深空的卫星。 约21时，上面级与火箭成功分离，第一次点火完成后，进行长达约90分钟的滑行阶段。 “没人想到之后会发生意外。”中国科学院空间应用工程与技术中心研究员王文彬回忆道。 意外来临前，一切如常。 大厅里键盘敲击声与电话铃声交织如常。 厅外走廊的交流谈笑如常。 有科技人员甚至讨论起“远征上面级”型号中的“S”的含义。 时钟即将指向23时，星箭分离时刻将至。 外出人员陆续返回，飞控大厅却陷入异样的寂静。 大屏幕上，代表轨道远地点高度的参数曲线突然剧烈波动：远地点高度本该稳定增长至29.2万公里，却在15万公里处如过山车般起伏。 张皓起初并未在意，首次参与发射任务的他，侧头询问身旁经验丰富的北京航天飞行控制中心人员：是不是测控链路受到了干扰？ 对方面色凝重。 屏幕上的轨道参数依旧疯狂跳动。 此起彼伏的电话铃声已织成一张焦虑的网。 几乎所有人都意识到：上面级飞行异常了。 不久后，双星组合体飞出测控区。 但此时的地面，并未如期收到卫星分离的遥测信号。 “卫星下落不明，生死未卜。”张皓说。 约40分钟后，测控系统捕获到闪烁的卫星信号。 “它还活着！”中国科学院微小卫星创新研究院研究员张军说。 确切的消息传来—— DRO-A/B双星组合体被“甩”入远地点仅13.4万公里的“绝望轨道”——远低于预先设计的29.2万公里。 “就像眼看着风筝断线，手里却还攥着最后的希望。”张军说。
“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。
“双星能源平衡，平台及载荷工作正常。” 飞控大厅内响起一阵欢呼！ “地月灯塔” DRO是理论上的完美轨道，但这需要实际飞行验证。 2024年，中国人尝试在此长期驻留，才首次验证了这一理论的“极致潜力”。 2024年8月30日，DRO-A、DRO-B两颗卫星和此前已发射成功的DRO-L卫星——三颗卫星两两之间成功构建K频段微波星间测量通信链路，首次验证了地月空间尺度三星互联互通的组网通信。 至此，全球首个基于DRO的地月空间三星星座成功实现在轨部署。
“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
编辑：张家乐
| 
楼主: admin
发表于 2024-5-16 11:32:11
