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空营救十六天:“中星9A”绝处逢生的幕后故事
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  技术专题    
空营救十六天:“中星9A”绝处逢生的幕后故事
作者:cmh        来源:科技日报 
日期:2017-07-26    阅读次数:336
副标题:

       据 付毅飞 报道,最近,中国航天在太空中上演了一部“  拯救大兵 ” 大片,原本受关注度并不高的“ 中星9A ” 广播电视直播卫星竟成为主角,受到全球瞩目。       
       6月19日凌晨,“ 中星9A ” 在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭发射升空,因火箭出现异常,远离预定轨道,几乎陷入绝境。然而经过航天人16天全力抢救,最终让它绝处逢生。       
       近日,记者来到中国西安卫星测控中心,听亲历者讲述了这次太空营救的幕后故事。       
       “ 希望渺茫 ”,故障出现时,西安控制中心测控技术部副总工程师杨永安脑海中闪现出这个词。       
       负责轨道控制的工程师孙守明介绍,“ 中星9A ” 的预定初始轨道远地点高度为 41991 公里,而实际入轨后远地点高度只有 16420 公里,误差超过 2.5 万公里。       
       有时候,没有入轨并不代表任务失败。 孙守明说,地面可以控制卫星用自身推进器实施变轨,抬高轨道实现“ 自救 ”。此前,该中心有多次成功处置太空险情的经验,曾使十余颗重大故障卫星“ 起死回生 ”。      
        然而这次入轨偏差如此之大,在国际同步卫星发射历史上极为罕见,形势相当严峻。       
       “ 对于高轨卫星来说,如果初始轨道的远地点在 2 万公里以下,通常就没救了。” 杨永安说。一时间,大家心里都没了底。不过他们清楚,卫星轨道还会下降,当务之急是迅速判断卫星是否有救,制定并实施抢救措施。       
       中心与卫星研制方中国航天科技集团公司五院密切配合,对卫星工作状态进行了测试。杨永安说, 首先要看星敏感器,如果它不能工作,变轨动作就无法实施。该设备的正常工作高度是 21000 公里,这也是通常把卫星抢救 “ 门槛 ”定为 2 万公里左右的原因。经测试,“ 中星9A ”星敏感器的设计余量较大,在 14000 公里高度就能运行。       
       接下来,工作人员又完成了星载陀螺仪检测、太阳翼展开等工作。当“ 卫星工况正常 ”口令响起时,大家稍稍放心了一些:能救。       
       接下来的问题是怎么救。选择最省燃料的变轨策略是重中之重。如果卫星燃料消耗过多,就算进入定点位置,也会很快成为一颗 “ 死星 ”。“不仅要把卫星送回去,还要尽量让它‘ 活 ’得更久。” 杨永安说。       
       按照常规轨道策略,首先要将卫星近地点轨道高度升至 5000 公里,但这将直接导致卫星燃料耗尽。杨永安说,工作人员将原有方案推倒,分析了7种应急策略,分别是先将近地点高度升到 200 公里、 500 公里、 1000 公里等。一方面,抬得越高,卫星燃料消耗越多,3000公里是极限;另一方面,卫星变轨要满足至少 25 分钟的测控条件,弧段太低在时间上不允许。综合考虑后,工作人员选择了实施条件极为苛刻,但能尽量节省燃料的 1000 公里方案。       
       第一次变轨很快完成,误差只有几十米,这为后续动作顺利实施奠定了基础。经讨论,大家决定共实施5次近地点变轨,将远地点抬高到 36000 公里,再通过5次远地点变轨,将近地点抬高到36000公里,最后完成卫星定点捕获。       
       这样的变轨在我国前所未有。鉴于卫星所处的特殊轨道,西安测控中心紧急启用了相关陆基测控站,调用了远望五号、六号、七号测量船,在数小时内完成了信息连通和状态设置,为抢救工作提供了测控通信保障。       
       为确保方案可行,中心仅用半天时间搭建了一套仿真测试验证系统,建立了与任务状态一致的测试环境,利用五院提供的卫星模拟器,将所有方案、预案进行了演习,对暴露出的问题做了调整。       
       前两次近地点变轨顺利完成,第三次变轨时,卫星姿态出现了较大偏差。工作人员发现,卫星主发动机点火时,姿控发动机在不停喷气。此时如果停止变轨,势必影响后续动作。好在问题很快查明,原来在同时进行的另一分支操作中,太阳能帆板产生了共振。工作人员立即终止该分支操作,很快让卫星姿态稳定下来。       
       多方配合下,西安测控中心准确实施了 10 次轨道调整、6 次定点捕获,终于在 7 月 5 日 21 时,让卫星成功定点于东经 101.4 度赤道上空的预定轨道。杨永安介绍,在应急变轨控制过程中,卫星推进剂实际消耗量比预期节省了大约 100 公斤,这足够支撑它多运行2年左右。       
       目前,“ 中星9A ”各系统工作正常,转发器已开通,正在开展在轨测试工作。      

    
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