2025-04-16
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深空探測被認(rèn)為是科技競爭的制高點之一。地月空間正是人類拓展活動空間的下一個疆域,是宇宙“藍(lán)海”和資源“富礦”,對于支持月球資源開發(fā)利用、人類地外長期駐留與跨行星活動、可持續(xù)發(fā)展的太陽系探索等均有重大戰(zhàn)略意義。
4月15日,我國在地月空間探索研究領(lǐng)域獲重要突破的消息公布:中國科學(xué)院完成部署地月空間大尺度三星星座,并取得三個“全球首次”重要成果。成果背后是一支平均年齡不到34歲的科研團隊,他們歷經(jīng)發(fā)射異常、跨越“死亡線”、“加速”奔月等重重關(guān)卡,上演了一場120多天“逆風(fēng)翻盤”的勵志故事。中青報·中青網(wǎng)記者獨家采訪了這支青年團隊,講述青春在深空探測征途中如何書寫中國答卷。
眼前就是這樣一番景象:在浩渺的地月空間,紅藍(lán)交織的軌道線勾勒出莫比烏斯環(huán)般的輪廓,三顆衛(wèi)星宛如音符律動,譜寫神奇的引力樂章。
“我們的衛(wèi)星已發(fā)射在軌一年有余,國際首個地月空間三星星座穩(wěn)定運行200多天。”在4月15日的“地月空間DRO探索研究學(xué)術(shù)研討會”上,38歲的中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員張皓指著幻燈片上的示意圖說。
這是我國地月空間三星星座首次揭開神秘面紗。張皓的指尖懸停在泛著微光的軌道弧線上,仿佛觸碰到一段跌宕的時光。300多個晝夜前“3·13”發(fā)射異常的驚濤駭浪,此刻仍在科研團隊的集體記憶中翻涌。
“這條軌道見證過我們的至暗時刻,也成為團隊心中永不褪色的坐標(biāo)。”張皓在接受中青報·中青網(wǎng)記者專訪時說。這一年,他們見證并參與了一次史詩級的救“星”任務(wù)。
時針撥回2024年3月13日,北京航天飛行控制中心,張皓與數(shù)十名科技人員注視著屏幕,翹首以盼一個歷史性時刻——中國人將首次開啟地月空間遠(yuǎn)距離逆行軌道(Distant Retrograde Orbit,簡稱DRO)的深度探索。
這條距離地球31萬至45萬公里的特殊軌道,是連接地球、月球、深空的“十字路口”,是人類尚未開發(fā)利用的新疆域,也是支持載人深空探索的新起點。
2024年3月13日20時51分,西昌衛(wèi)星發(fā)射中心,搭載DRO-A/B雙星組合體的長征二號丙運載火箭/遠(yuǎn)征一號S上面級發(fā)射升空。
數(shù)千里外的北京航天城,來自中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心、中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、北京航天飛行控制中心等單位的科技人員,早早來到飛控大廳,準(zhǔn)備“接棒”飛向深空的衛(wèi)星。
約21時,上面級與火箭成功分離,第一次點火完成后,進行長達約90分鐘的滑行階段。
“沒人想到之后會發(fā)生意外?!敝袊茖W(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員王文彬回憶道。
大屏幕上,代表軌道遠(yuǎn)地點高度的參數(shù)曲線突然劇烈波動:遠(yuǎn)地點高度本該穩(wěn)定增長至29.2萬公里,卻在15萬公里處如過山車般起伏。
張皓起初并未在意,首次參與發(fā)射任務(wù)的他,側(cè)頭詢問身旁經(jīng)驗豐富的北京航天飛行控制中心人員:是不是測控鏈路受到了干擾?
DRO-A/B雙星組合體被“甩”入遠(yuǎn)地點僅13.4萬公里的“絕望軌道”——遠(yuǎn)低于預(yù)先設(shè)計的29.2萬公里。
地面測控數(shù)據(jù)顯示,重達581公斤的雙星組合體以每秒超過200度的速度瘋狂翻滾。
“這相當(dāng)于每1.8秒‘翻一次跟頭’,離心力足以將太陽翼像紙片般撕碎。”中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研究員白濤解釋,“常規(guī)大衛(wèi)星每秒轉(zhuǎn)幾十度就可能散架?!?
四象限法則提到,重要且緊急的需最先去解決。年輕的中國科技工作者熟稔這條法則。眼前最重要且緊急的問題,就是讓衛(wèi)星“穩(wěn)”下來。
77歲的工程顧問、中國科學(xué)院院士顧逸東,工程總師林寶軍、工程副總指揮王強,在西昌緊急連線北京的工程總指揮高銘、工程副總師李緒志,會同衛(wèi)星系統(tǒng)、載荷系統(tǒng)和測控系統(tǒng),成立應(yīng)急飛控小組。
很快,小組給出應(yīng)急處置措施:通過緊急上注指令、修改參數(shù)閾值等操作,交替使用雙星組合體的發(fā)動機噴氣消除旋轉(zhuǎn)。
飛控團隊用“每條指令發(fā)三遍”的土辦法,試圖讓衛(wèi)星“停轉(zhuǎn)”?!爱?dāng)時的發(fā)令單像雪片一樣飛來?!憋w控主管調(diào)度溫旭峰事后回憶道。
轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在14日凌晨3時前后?!癉RO-B衛(wèi)星姿控發(fā)動機成功點火?!敝袊茖W(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研究員李笑月報告。
地面站遙測數(shù)據(jù)顯示:DRO-A衛(wèi)星的太陽翼無法鎖定,DRO-B衛(wèi)星的太陽翼則完全“脫臼”。
太陽翼是衛(wèi)星的動力源,其異常會導(dǎo)致電力告急,衛(wèi)星隨時可能因能源耗盡淪為太空垃圾。
飛控團隊緊急開展了一系列操作:注入姿態(tài)控制指令,通過反復(fù)調(diào)整對日姿態(tài)、平衡蓄電池充放電……最終讓“受傷”的太陽翼“追光充電”。
“就像?折翼的蒼鷹?,用喙與利爪鉤住巖縫向上攀登?!敝袊茖W(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院副研究員冷佳醒這樣形容衛(wèi)星的堅韌。
軌道遠(yuǎn)地點高度不足預(yù)期一半,燃料余量又捉襟見肘。如何將衛(wèi)星從“絕望軌道”拽回正軌?
2024年3月14日凌晨,張皓、白濤和飛控團隊在機房熱烈討論,面對滿屏的預(yù)設(shè)程序,手寫公式、敲擊代碼,開始一場與引力的賽跑。
40小時不眠不休,軌道重構(gòu)方案誕生:衛(wèi)星需在120小時內(nèi)完成首次軌道機動,否則將永遠(yuǎn)失去進入DRO的機會。
基于飛控團隊的計算結(jié)果,工程總體做出決策:雙星不分離,交替利用雙星燃料抬升軌道高度,全力保障雙星組合體飛抵DRO。
幾排弧形控制臺前,技術(shù)人員眼中布滿血絲。有人無意識地啃著指甲,有人反復(fù)擦拭眼鏡——所有人都在等待一個答案:“折翼蒼鷹”能否再次展翅高飛?
張皓真切體會到心臟狂跳的窒息感。當(dāng)DRO-A/B雙星組合體在大屏幕的演示動畫中向上“攀爬”時,他的靜息心率從每分鐘60多次飆至每分鐘120多次。
當(dāng)屏幕顯示點火時間達1200秒,溫旭峰宣布“軌道控制圓滿成功”,大廳爆發(fā)出久違的掌聲。
幾天后,他們進行了第二次近地點軌道機動補救控制,雙星組合體被抬高到38萬公里,越過“死亡線”。
傳統(tǒng)上需要火箭直推38萬公里的任務(wù),被拆解為4次繞地、3次飛臨月球的“接力賽”。飛控團隊經(jīng)歷了5次關(guān)鍵軌道機動,以及無數(shù)次“心跳過山車”。
“我們就像在玩一場高難度的‘太空桌球’?!敝袊茖W(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心副研究員毛新愿說,團隊必須精準(zhǔn)計算每次機動的“擊球點”,利用月球引力的“彈弓效應(yīng)”將衛(wèi)星推向正確方向。
這意味著,團隊必須在幾個小時之內(nèi)完成數(shù)萬次軌道計算,同時考慮太陽、地球、月球引力的復(fù)雜影響,甚至手動調(diào)整參數(shù),拼盡全力處理極端情況。
最終,團隊以傳統(tǒng)方案1/5的燃料消耗,完成這場跨越約850萬公里的絕地反擊。這個距離相當(dāng)于在地月之間走了11個來回。
王文彬屏息注視著傳回的珍貴圖像,這是他第一次真切看到這對“負(fù)傷”衛(wèi)星的樣子:DRO-A衛(wèi)星的太陽翼呈近90度彎折,DRO-B衛(wèi)星的太陽翼如折斷的翅膀,卻在深空背景下倔強舒展。
地月相距38萬公里,其間,有著無數(shù)條軌道,其中一條名為DRO的特殊軌道,被航天科學(xué)家和工程師們視為“地月空間中的天然良港”,一大特性在于這條軌道穩(wěn)如磐石,航天器無需頻繁調(diào)整即可駐留數(shù)百年。
2024年,中國人嘗試在此長期駐留,才首次驗證了這一理論的“極致潛力”。
2024年8月30日,DRO-A、DRO-B兩顆衛(wèi)星和此前已發(fā)射成功的DRO-L衛(wèi)星——三顆衛(wèi)星兩兩之間成功構(gòu)建K頻段微波星間測量通信鏈路,首次驗證了地月空間尺度三星互聯(lián)互通的組網(wǎng)通信。
“以前總說‘星辰大?!?,現(xiàn)在我們真的在搭建通往深空的港口?!蓖跷谋蛘f,“三星組網(wǎng)構(gòu)成的‘地月燈塔’,未來可為月球基地導(dǎo)航授時,甚至為火星探測鋪就信息高速公路?!?
這場地月大救援不僅挽回了價值數(shù)億元的衛(wèi)星,還驗證了多項“全球首次”:航天器DRO低能耗入軌、117萬公里超遠(yuǎn)距離星間通信、天基測定軌新體制……
美國知名的工程和科學(xué)雜志IEEE Spectrum專門發(fā)文點評稱,“中國在掌控復(fù)雜航天動力學(xué)方面的能力已與美國旗鼓相當(dāng)”。
這場地月大救援留給中國航天的,遠(yuǎn)不止技術(shù)突破,它證明了一支年輕團隊在極限壓力下的韌性——90后工程師陳智超、劉佳偉第一時間發(fā)送搶救指令,搶得關(guān)鍵時機;90后工程師石玉迅速完成彎折太陽翼的三維建模,提供直觀可視化評估;90后王申緊急開發(fā)“找太陽”姿態(tài)控制算法,確保能源安全,人稱“王安全”;90后副研究員王躍洋、工程師高唱及時判定陀螺數(shù)據(jù)有效性,為衛(wèi)星消旋策略助力;中國科學(xué)院大學(xué)95后博士研究生孫洋快速算出DRO備份軌道入軌參數(shù);兩位95后研究生李霜琳、蒲京輝開發(fā)星上自主導(dǎo)航與時間同步程序,寫的2萬行代碼已在太空運行;00后博士研究生尹永辰精確復(fù)核每次控制參數(shù)……
這支平均年齡不到34歲的科研團隊正是以這樣的哲學(xué),在浩瀚宇宙中開辟新章。
“我們或許無法預(yù)知未來的太空是什么樣子,但至少,我們?yōu)楹髞碚唿c亮了一盞燈?!睆堭┱f。
此刻,中國衛(wèi)星仍在寂靜的DRO上巡航。它們劃出的每道軌跡,都在為人類的新航海時代書寫坐標(biāo)。