太空两万里:中星9A的救赎与复活之路

2017年07月10日09:09  来源:科技日报
 
原标题:太空两万里:中星9A的救赎与复活之路

  中星9A这颗被火箭“遗落”在半途的卫星,靠着自身携带的燃料,在16天进行10次轨道调整后,于5日成功定点于东经101.4°赤道上空的预定轨道。

  从6月19日发射异常到7月5日成功入轨,中星9A完成了一次近两万公里的太空“爬升”,这也被称作一次“抢救性入轨”。

  不是所有未能成功进入预定轨道的卫星,都能被“抢救”。中国航天科工集团二院研究员、国际宇航联空间运输委员会委员杨宇光接受科技日报记者采访时表示,首先,卫星要携带能支撑其变轨的燃料,否则一切无从谈起;若变轨后卫星燃料所剩无几,也没有挽救的意义。“如果卫星所在轨道近地点高度低于200公里,它会因所受大气阻力太大而很快坠落,就不具备‘抢救’的条件。”

  火箭没完成的任务,卫星自己来

  如果一切正常,中星9A应该被长征三号乙运载火箭送入近地点约200公里、远地点约3万6千公里的地球同步转移轨道。此时卫星的速度约为每秒10.24公里,它先进入的是一个椭圆轨道。

  不过,中星9A的目标轨道是距地球约3万6千公里高的地球同步轨道,这是一个圆形轨道。

  “火箭没法直接把卫星送入这样的轨道,所以,卫星必须靠自己的发动机实现‘轨道圆化’。”杨宇光说。不仅如此,要让卫星运转速度和地球自转速度保持一致,它就得让自己进入赤道平面内。但是,任何一个航天发射场,其发射卫星所在轨道平面和赤道面的夹角,都不会小于发射场当地所在纬度。所以,只要不是从赤道出发的卫星,上天后,它都必须靠自己来“掰角度”。

  也就是说,对地球同步轨道卫星而言,火箭只能起到“送一程”的作用。定点入轨的路,还得自己走。

  只是中星9A独自前行的路更远。因为,长三乙没能带它来到地球同步转移轨道,而是把它送入了近地点200公里、远地点1万6千多公里的轨道。根据科技日报记者此前了解,这是因为火箭在第三级滑行过程中的姿态控制出了问题。

  “此时卫星速度大概为每秒9.68公里,比预定速度慢了五百多米每秒。火箭没有完成的任务,卫星自己来完成,它要把速度给补回来。”杨宇光介绍,当卫星飞到近地点附近时,地面团队可以控制它靠自身携带燃料加速。经过多次这样的加速,卫星速度能达到预定的每秒10.24公里,之后完成入轨。

  当然,航天人员也可以为卫星规划不同的爬升路线。条条大路通罗马,最终目的,都是让卫星重新进入地球同步轨道。

  独自前行耗费燃料,但在轨加注并不可行

  “修正”卫星轨道,这在航天史上不算新鲜事。

  2004年6月,天顶号3SL火箭没能将星网-18(原亚太五号)卫星送到远地点约3万6千公里、近地点760公里的地球转移轨道,而是将其抛在了远地点为2万1千公里的轨道。据当时媒体报道,卫星制造商认为,利用卫星所带燃料仍可以将卫星调整到预定轨道。该卫星设计寿命为17年,利用自带燃料变轨后,卫星使用寿命大概缩减为13年。

  同样的,这一次中星9A自己爬了两万公里,最直接的影响,就是消耗了大量燃料。

  “卫星燃料的主要用途,是进入和保持轨道。”杨宇光说。上天时,卫星要靠自身燃料实现入轨;进入轨道后,卫星还会受到地球引力、太阳和月球引力等的影响,其运行轨道会发生微小变化,必要时,它要对自身进行轨道修正和保持——这,同样要耗费燃料。

  燃料一旦耗尽,卫星就无法维持住自己所在的轨道,只能“默默飘走”,也就不能继续发挥作用。杨宇光指出,在其他设备正常的情况下,卫星寿命基本取决于其所剩燃料的多少。

  既然燃料如此关键,有没有可能进行在轨加注,来一场太空加油?

  “从技术原理上来说,这是可行的。比如前不久,天舟货运飞船就给天宫二号进行了在轨推进剂加注。”杨宇光说,“至于要不要做,那就是付出多大代价的问题。但到目前为止,还没有哪个国家对地球同步轨道卫星实施过这种操作。”原因是——太费钱。

  而且,就算真的要进行推进剂补加,还得看卫星有没有“空中受油”的能力。中星9A只是一颗普通的通信卫星,并没有受油的基本设备。“现在的地球同步轨道卫星还没有为‘受油’而设计的。”杨宇光说。

  (张盖伦)

(责编:贺迎春、熊旭)

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