走近衛(wèi)星“起死回生”背后的“牧星人”

邱晨輝

過去一個(gè)多月里，中國航天幾乎是在全球公眾面前上演了一場(chǎng)“反轉(zhuǎn)劇”：6月19日，傳來火箭發(fā)射異常的消息，中星9A衛(wèi)星未能進(jìn)入預(yù)定軌道；7月5日，航天人通過軌道調(diào)整，又將這顆衛(wèi)星從半空中“救出”，送入預(yù)定軌道。

消息公開后，一個(gè)充滿神秘色彩的單位走進(jìn)公眾視線：中國西安衛(wèi)星測(cè)控中心——我國組建最早、規(guī)模最大、功能最全的航天器測(cè)控與管理中心。正是該中心主導(dǎo)了這次天地之間的“營救”事件。

鮮為人知的是，在此之前，這里就曾成功搶救過十余顆重大故障衛(wèi)星，并長期管理著我國幾乎所有的航天器——目前已超過100多顆衛(wèi)星。也因此，這個(gè)中心被稱作“中國衛(wèi)星大管家”。

近日，記者走進(jìn)中國西安衛(wèi)星測(cè)控中心，試著了解這些太空“牧星人”，以及衛(wèi)星發(fā)生故障時(shí)，這里上演的一場(chǎng)場(chǎng)起死回生、力挽狂瀾的“天地大營救”。

“拯救”中星9A

比常規(guī)搶救節(jié)省100公斤燃料

盡管事情已經(jīng)過去一段時(shí)間，但說起中星9A，牽頭負(fù)責(zé)“營救”工作的西安衛(wèi)星測(cè)控中心測(cè)控技術(shù)部副總工程師楊永安仍有些激動(dòng)：“這次應(yīng)急處置技術(shù)難度大、風(fēng)險(xiǎn)高、過程復(fù)雜，有很多不確定因素，遇到的技術(shù)難題和最后采用的搶救方案，都是前所未有的?！?/p>

6月19日0時(shí)11分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭發(fā)射中星9A廣播電視直播衛(wèi)星，發(fā)射過程中出現(xiàn)異常，衛(wèi)星未能進(jìn)入預(yù)定軌道。

西安衛(wèi)星測(cè)控中心技術(shù)部負(fù)責(zé)軌道控制的工程師孫守明稱，中星9A的預(yù)定初始軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)高度為4.2萬公里，而衛(wèi)星實(shí)際入軌后初始軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)高度只有1.6萬公里，相差了2.6萬公里，“如此大的入軌偏差，以前很少遇到”。

不過這在孫守明看來并非“真正意義上的失敗”。包括他在內(nèi)的“牧星人”可以在地面控制衛(wèi)星，利用衛(wèi)星自身攜帶的推進(jìn)劑實(shí)施變軌控制，使衛(wèi)星最終進(jìn)入同步軌道。

但棘手的是，如何通過測(cè)控手段，讓茫茫太空中的衛(wèi)星，回到它原本要去的“位置”？

如果按照預(yù)案中的措施進(jìn)行搶救，衛(wèi)星遠(yuǎn)地點(diǎn)軌道高度至少要高于2萬公里，而中星9A的遠(yuǎn)地點(diǎn)高度僅有1.6萬公里。孫守明說，“雖然大家積累了不少衛(wèi)星搶救、應(yīng)急變軌的經(jīng)驗(yàn)，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(wèi)星自帶的發(fā)動(dòng)機(jī)在近地點(diǎn)點(diǎn)火，盡量抬高遠(yuǎn)地點(diǎn)高度到同步軌道“實(shí)現(xiàn)自救”，以完成三級(jí)火箭“未竟的事業(yè)”。

值得一提的是，在這個(gè)新方案中，“牧星人”選擇了一種最省燃料的變軌策略。按照楊永安的說法，如果在整個(gè)變軌過程中，衛(wèi)星燃料耗盡，那么就算把衛(wèi)星送到定點(diǎn)位置，也會(huì)成為一顆“死星”。

“我們要做的，不僅是要把衛(wèi)星送到預(yù)定位置，還要讓它盡可能地‘活下去。”他說。

7月5日21時(shí)，經(jīng)過西安衛(wèi)星測(cè)控中心16天的搶救，在實(shí)施10次軌道調(diào)整、6次定點(diǎn)捕獲后，中星9A成功定點(diǎn)于東經(jīng)101.4度赤道上空的預(yù)定軌道——搶救工作成功。

楊永安說，這次搶救首次實(shí)現(xiàn)了我國地球同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)移軌道段的近地點(diǎn)變軌，大大提高了對(duì)衛(wèi)星異常情況下變軌控制的能力。

他還透露，在整個(gè)應(yīng)急變軌控制過程中，衛(wèi)星推進(jìn)劑實(shí)際消耗量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期。測(cè)控中心工作人員提出的搶救方案與常規(guī)搶救方法相比，為衛(wèi)星節(jié)省約100公斤燃料。

衛(wèi)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(wèi)星的一個(gè)縮影。

根據(jù)西安衛(wèi)星測(cè)控中心披露的數(shù)據(jù)，迄今為止，該中心已先后參與搶救了十余顆重大故障衛(wèi)星。

熟悉航天知識(shí)的人都知道，對(duì)任何一顆衛(wèi)星來說，點(diǎn)火發(fā)射只是拉開了其飛天使命的“帷幕”。每當(dāng)烈焰飛騰、大地震顫、直刺青天的景象過后，衛(wèi)星還要在地面測(cè)控系統(tǒng)的跟蹤、測(cè)量與控制下，進(jìn)入預(yù)定軌道，此后，這顆衛(wèi)星才真正開始工作。

相應(yīng)地，衛(wèi)星在軌運(yùn)行管理“大戲”上演，“牧星人”開始擔(dān)任主角。衛(wèi)星在軌運(yùn)行，短則一兩天，長則10年以上，運(yùn)行時(shí)間較長的衛(wèi)星被稱為長期在軌衛(wèi)星。時(shí)間越長，對(duì)地上“牧星人”的考驗(yàn)也就越大。

西安衛(wèi)星測(cè)控中心航天器長期管理部主任劉軍給出了一個(gè)形象的說法：地球周圍環(huán)繞著電視轉(zhuǎn)播、氣象預(yù)報(bào)等大量衛(wèi)星和太空碎片，在這些擁擠不堪的太空軌道上，一旦發(fā)生碰撞后果很難想象。加之航天器運(yùn)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(wèi)星，“如果衛(wèi)星發(fā)生異常，不能有效注入控制指令，衛(wèi)星無法轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行姿態(tài)，造價(jià)不菲的衛(wèi)星，就將淪為毫無用處的太空垃圾”。

至今，西安衛(wèi)星測(cè)控中心技術(shù)部高級(jí)工程師韓忠民還記得，2006年10月23日深夜，自己剛躺下不久，家里的電話突然響了：我國一顆遙感衛(wèi)星出問題了——姿態(tài)失控，下行信號(hào)時(shí)有時(shí)無，地面發(fā)送的遙控指令衛(wèi)星基本不執(zhí)行。

彼時(shí)，這顆衛(wèi)星已經(jīng)在軌運(yùn)行了180天——已經(jīng)不是一顆“新星”了。只是突然之間，衛(wèi)星就像斷了線的風(fēng)箏，“失聯(lián)”了！

包括韓忠民在內(nèi)的“牧星人”，足足花了69天，才把這顆衛(wèi)星搶救過來。

讓人沒有想到的是，這場(chǎng)戰(zhàn)役剛剛結(jié)束，另一場(chǎng)戰(zhàn)役又隨即打響。2007年2月3日，剛發(fā)射不久的一顆北斗衛(wèi)星也跟著出現(xiàn)故障。

與上一顆衛(wèi)星搶救有所不同，這顆星壓根兒就沒有下行信號(hào)，連衛(wèi)星到底在哪兒都不知道。當(dāng)時(shí)不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，這顆衛(wèi)星已經(jīng)徹底失控，起死回生的可能性微乎其微。

“牧星人”不愿放棄。又一個(gè)60天，搶救工作得以成功。

韓忠民說，這兩次搶救任務(wù)間隔時(shí)間短、持續(xù)時(shí)間長、技術(shù)難度大，都創(chuàng)造了我國航天歷史之最。

“很多”衛(wèi)星在超期服役

給國家節(jié)省大量資金

當(dāng)然，一個(gè)不可避免的問題是，拯救衛(wèi)星需要消耗燃料，一旦燃料耗盡，衛(wèi)星就會(huì)因失去軌道修正能力，逐漸報(bào)廢。因此，“牧星人”會(huì)變著法地節(jié)省燃料，讓衛(wèi)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(wèi)星測(cè)控中心過了一個(gè)別開生面的生日會(huì)：桌上擺放著造型奇特的生日蛋糕，地球由藍(lán)色奶油雕琢，中國版圖由黃色檸檬勾勒，巧克力制作的太陽能帆板鑲嵌在白色衛(wèi)星上——生日的主角是實(shí)踐六號(hào)A/B雙星。

這一天，兩顆正在萬里高空翱翔的“壽星”年滿五周歲——而衛(wèi)星原本設(shè)計(jì)壽命只有兩年。如今這對(duì)衛(wèi)星已超期服役10多年，是名副其實(shí)的“老壽星”。

這并非個(gè)案。據(jù)了解，目前還有“很多衛(wèi)星”都在超期服役。

按照劉軍的說法，衛(wèi)星超期服役就相當(dāng)于一顆衛(wèi)星干了多顆衛(wèi)星的工作，由于衛(wèi)星制造、發(fā)射成本高，測(cè)控人員的“精測(cè)妙控”給國家節(jié)省了大量資金，如果再算上搶救過來的10多顆衛(wèi)星，已經(jīng)為國家挽回了數(shù)十億元的經(jīng)濟(jì)損失。

就在去年6月，中國衛(wèi)通公司一行3人專程來到西安衛(wèi)星測(cè)控中心，贈(zèng)送錦旗，對(duì)后者消除某衛(wèi)星通信轉(zhuǎn)發(fā)器干擾問題表示感謝。

劉軍還記得，當(dāng)時(shí)衛(wèi)通公司一位負(fù)責(zé)人提到，消除干擾的任務(wù)完成后，受影響的衛(wèi)星十幾兆珍貴的通信帶寬資源得以釋放，直接經(jīng)濟(jì)效益上千萬元。

“我們誰都不能否認(rèn)，航天事業(yè)具有高風(fēng)險(xiǎn)、高投入的特性。受空間環(huán)境干擾與設(shè)備、器件壽命等因素影響，在軌衛(wèi)星故障時(shí)有發(fā)生，保護(hù)這些寶貴的國家太空資產(chǎn)，是我們這些‘牧星人的使命?！眲④娬f。

事實(shí)上，隨著我國在軌衛(wèi)星數(shù)量的不斷增多，衛(wèi)星故障率也隨之增加，迫切需要提高衛(wèi)星遠(yuǎn)程診斷維修能力。

西安衛(wèi)星測(cè)控中心航天器長期管理部高級(jí)工程師李衛(wèi)平說，“牧星人”專門按照信息化、可視化、快速化三個(gè)步驟攻堅(jiān)，獲取了衛(wèi)星診斷維修的“行醫(yī)資格證”。

幾年前，西安衛(wèi)星測(cè)控中心管理衛(wèi)星80多顆，衛(wèi)星故障率為每天2.7次；按照該中心最新披露的數(shù)據(jù)，2017年，衛(wèi)星數(shù)量大幅增加，故障率卻下降了50%。

李衛(wèi)平表示，近幾年為適應(yīng)建設(shè)航天強(qiáng)國的形勢(shì)要求，該中心利用人才資源優(yōu)勢(shì)加強(qiáng)相關(guān)研究，專門收集整理國內(nèi)外故障案例千余次，建立起10多萬條診斷知識(shí)，自主研發(fā)了一套航天器故障診斷專家系統(tǒng)。

這套系統(tǒng)運(yùn)行以來，累計(jì)發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星各類故障幾百余起。相應(yīng)地，幾百余起衛(wèi)星故障被消滅在萌芽狀態(tài)。endprint