厲害瞭我的國:中國衛星被撞成22塊後恢復工作!到底怎麼做到的?

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事情緣起於推特上一著名的無線電愛好者Scott Tilly在2022年1月4日的推文:

Despite the break-up YUNHAI 1-02 continues to emit encrypted data on L-band. It's optical behaviour changed from a 3 second period to a steady characteristic.

盡管已經解體,但雲海1-02星仍繼續在L波段發射加密數據,它的光學信號已經從3秒周期變為穩定。

可能很多朋友不知道這是什麼意思,簡單的捋一捋,大概意思就說雲海1號02星已經在L波段能提供穩定的加密數據信號,這表示它的發射與接收天線以及星載處理無線電設備工作是正常的。

另一個光學信號從3秒周期變為穩定,這個意思則是原本處在翻滾狀態,從天文臺獲取的光變信號是不穩定,但現在已經趨於穩定,也就是說不翻滾瞭,姿態可控。

簡單的一句話總結:雲海1號02星已經恢復正常,圍觀群眾可能不太清楚這顆衛星經歷瞭什麼,但瞭解中國航天的朋友一定知道這中間有一個極其曲折的故事,下文就試圖把來龍去脈捋一捋。

雲海一號:太空爆炸?碎裂成22塊

雲海一號是我國用於大氣海洋環境要素探測、空間環境探測、防災減災和科學試驗等領域的衛星,軌道為太陽同步軌道,高度為780千米,01星於2016年11月12日發射,02星於2019年9月25日發射,均成功入軌,工作正常。

意外發生於2021年3月18日,在軌工作的中國雲海一號02突然發生解體,據美國太空部隊第 18 太空控制中隊(SPCS)的數據,02星已經碎裂成瞭22塊散列在軌道上,目前該中隊正在追蹤衛星的碎片數據,避免對其他航天器產生影響。

但對02星為何會發生解體碎裂卻一直是個謎,公開的新聞中沒有任何信息,但非常巧合的是,美空軍第18太空控制中隊曾於3月10日披露過一個並沒有引起太多人註意的事情,美國國傢海洋和大氣管理局的一顆報廢衛星NOAA-17在太空因為發生爆炸而解體,產生瞭16個碎片,目前也在追蹤與評估碎片的危險性。

NOAA-17美國海洋與大氣管理局的一顆衛星,編號為2002-032A,軌道為太陽同步軌道,近地點807千米,遠地點823千米,重量約1.4噸。美官方並沒有給出它發生爆炸的原因,但據專業人士分析,很可能是這顆報廢衛星上的電池發生瞭爆炸從而導致衛星解體。

因為NOAA的系列衛星還是有前科的,2015年11月25日,美國國防部聯合太空作戰中心(JSpOC)宣佈瞭NOAA-16解體,在2016年3月26日確認16星的碎片達到瞭275塊。

因此有人懷疑這是美國人NOAA-17星解體後的碎片撞擊瞭同是太陽同步軌道的中國雲海一號02星,因為02星是一顆仍在服役期內的衛星,而中國人的衛星性能雖然不是全球最好,但穩定性絕對是數一數二,因此這個懷疑不無道理。

圖表顯示太陽同步軌道 (綠色) 在一年中四個位置點的方向。非太陽同步軌道 (洋紅色)

不過太陽同步軌道比較特殊,除瞭會在兩極相遇外,其他位置是不會的,隻要檢測雲海一號02星的解體時間就能分析出到底是不是NOAA系列衛星的撞擊,因此專業人士懷疑這個可能性也不大。

而坊間此時的猜測已經轉向瞭激光武器攻擊或者反衛星等,但雲海一號02星純粹就是顆海洋與空間環境觀測衛星,與世無爭,沒有理由要攻擊它,因此02星的解體一直是個謎。

雲海一號02星恢復工作,到底是怎麼做到的?

2022年1月11日,SPACENEWS上刊發瞭一篇文章稱NASA已經確認2021年3月18日,雲海一號02星解體的原因,是俄羅斯在1996年發射的Cosmos 2333的衛星有關。

Cosmos 2333是一顆軍用天基無線電監聽衛星,它采樣的數據用來確定無線電發射物體的確切位置以及它們的類型、操作模式以及它們的活躍程度等,天基監視可以對這些動向做評估作為突發事件的早期預警,這顆衛星的近地點高度為837千米,遠地點高度為865千米,傾角為70.8199°。

沒有證據表明Cosmos 2333已經碎裂,不過在發射的同時還有其它部分同時入軌瞭,1996-051A是衛星主體,編號B為天頂火箭,C、D、E、F是被分離時彈到更高軌道的小型分離發動機罩碎片,還有G到Q編號也是。

據NASA稱,可能是Cosmos 2333的其中一塊碎片撞擊到瞭雲海一號02星,之所以雲海一號02星能恢復工作,極有可能是撞擊到瞭02星的太陽翼,碎片高速撞擊使得一側的太陽翼毀損,並同時導致衛星姿態失控,整星遭遇極端震動,暫時失去瞭控制。

但其天線與姿態控制動量輪以及軌道維持發動機應該沒有損壞,因此在斷斷續續的的L波段加密信號控制中,地面控制人員終於將其恢復正常,個中所經歷的艱辛是常人所難以想象的。一般這種失控的衛星會經過如下搶救過程:

確定信號窗口周期(滾轉的衛星天線可能會在某個階段對準地面),然後確定衛星的滾轉速度與方向,確定調整方案,在窗口周期內向其註入軌控信號,或者分階段恢復姿態,其可能會有動量輪控制以及軌道維持發動機點火等多種手段。

一般這種機會隻有一次,因為軌控失敗,如果天線在翻滾過程中再也不會指向地面測控站,那麼這顆衛星算是丟瞭。因此搶救失控衛星的技術要求極高,這是對一個測控團隊最好的技術考核!我國測控人員搶救失控衛星也不止一顆兩顆瞭,這次絕壁是體現瞭測控的真正技術水準。

2021年10月8日,MMT天文臺發佈的光變數據表明,其已經趨於穩定,也就是說經過我國工作人員數月的搶救,雲海一號02星基本恢復正常。

假如從推測的角度來看其一側的太陽翼損壞,那麼未來的姿態控制上應該會增加不少難度,因為這會有幾個問題,首先就是“太陽風”與輻射壓的不平衡,其次則是重心已經重新分佈,當然這些參數註入星載姿態控制系統後,將會做出補償調整。

另外缺少瞭一側太陽能電池後,其星載設備功率也需要重新分配,畢竟功率至少已經減少瞭一半,當然即使是部分設備能工作也比失去這顆衛星要好得多,厲害瞭我們的衛星測控工程師!

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  • 本文由 发表于 2022年1月13日
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