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。在我國航天測控事業發展50周年之際,記者走進這個被譽為航天測控領域國家隊的現代化航天測控中心。它不僅管理著我國100多顆在軌航天器,還通過高超的航天測控技術,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"。
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
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征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。在人們為失利扼腕歎息時,西安衛星測控中心的技術人員在第一時間分析失利原因,製定挽救措施。
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。
據負責軌道控製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公裏,而衛星實際入軌後初始軌道遠地點高度隻有16420公裏,相差了25571公裏。如此大的入軌偏差,在國際同步衛星發射曆史上都屬罕見。
"還有救!"孫守明說,"'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,還能夠由地麵控製衛星利用其自身攜帶的推進劑實施變軌控製,使衛星最終進入同步軌道。"
故障的複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於2萬公裏,而"中星9A"的遠地點高度僅16420公裏。這種情況在曆史上尚屬首次,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,綜合調用陸海基航天測控資源,準確實施10次軌道調整、6次定點捕獲,衛星成功定點於東經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於預期。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產,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,隻有陽光照射到太陽能帆板時,才有幾秒鍾的信號反饋。
衛星研製部門和航天測控戰線的專家緊急會商。當務之急,是盡快確定衛星姿態,抓住每次幾秒鍾的衛星加電時間,注入控製指令,使衛星停止翻滾,轉入正常運行姿態。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多天的仿真分析,終於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,使衛星恢複正常姿態。巴西空間研究院的專家們驚歎:"這是一個奇跡!中國的航天測控技術了不起!"
發射不久的某北鬥衛星與地麵失去聯係,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。
如果航天器是風箏,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,架起了我國航天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天測控知識知之甚少。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。
航天測控技術是遙控和管理衛星的尖端科技。打個比方,如果航天器是風箏,測控就是風箏線,牢牢地攥在航天測控人手中。從火箭發射一刹那開始,實際上航天任務的接力棒就立即交到了航天測控人手裏。茫茫太空,"差之毫厘,失之千裏",最能形象反映航天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:衛星姿態控製的噴氣管會產生姿控力,雖然隻有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公裏。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裏級提高到100米級、10米級甚至米級,為我國航天事業發展奠定了堅實的軌道基礎。
目前,在環繞赤道上空、距地麵約3.6萬公裏的地球靜止軌道上,大約有2300顆衛星共存。如何在這條360度的"圓弧"占位,考驗著航天測控技術能力。2007年初,我國一顆北鬥衛星發射在即,日本、俄羅斯各有1顆衛星已搶先占據了"北鬥"預定的組網軌位。由於擔心3顆衛星共位產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製方案,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行8年多,成為國際社會和平利用太空資源的一個範例。
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"的軌道高度隻有100多公裏,是迄今為止運行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、降軌的控製都是空前的考驗。從經驗上來說,我國沒有發射過軌道這麼低的衛星,這是在挑戰航天器運行軌道的極限。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,每一次航天任務,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",創造了我國航天史上的多項第一。
精確預報飛船返回艙落地點,讓航天員從太空安全返回地球
載人航天工程是我國航天史上迄今為止規模最大、係統最複雜、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"飛行器也相繼出征太空。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,包括護送一批批航天員從太空軌道安全返回地麵,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,對於第一時間迎接航天員、保障航天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天員搜索救援等任務,是一個多要素聯合、多專業協同的複雜係統工程。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天搜救力量,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天回收技術的國家。
在神舟飛船前4次無人飛行任務中,地麵對返回艙落點預報精度大約為10公裏,相對於返回艙一萬多公裏的航程來說,誤差是可以接受的,但西安衛星測控中心科研人員不滿足於此。他們創造性提出了新的落點預報方案,通過近百次的仿真分析,使預報精度達到1公裏。
2003年10月16日6時23分,第一位進入太空的中國航天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,基本上與地麵失去電磁信號聯係。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。
走進西安"太空救險隊":曾搶救10多顆重大故障衛星的最 …走進西安"太空救險隊":曾搶救10多顆重大故障衛星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" …
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