200万公里外卫星“病危” 科学家妙手回春

经过抢救，DRO-A/B两颗卫星抵达并驻留地月空间DRO后，与先前发射的近地轨道卫星DRO-L建立起星间测量通信链路。

中国科学院空间应用中心研究员张皓。

中国科学院微小卫星创新研究院高级工程师张军。

当卫星在离地球200万千米外的太空遇上飞行异常，一群平均年龄只有34岁的中国年轻科学家，用123天成功完成了一场堪称太空“ICU手术”的营救行动，这一将“科幻变现实”的硬核操作，近日被中国科学家们所证实。

卫星发射失利在国际上常有，但能在太空上成功营救进入预定轨道比较少见。面对营救危机，中国科研团队最大的挑战是什么?作为近地轨道、近月轨道向外拓展的新空域，他们拯救DRO(远距离逆行轨道)两颗卫星决心有多大?

近日，南都记者采访中国科学院空间应用中心多位科学家，听他们讲述营救行动的幕后故事。

失利

卫星发射，未准确进入预定轨道

地月空间是从近地轨道、近月轨道向外拓展的新空域，距离地球最远可达200万千米；相对近地轨道空间，其三维空间范围扩大上千倍。

DRO位于地月空间的势能高地，是连接地球、月球、深空的“十字路口”，具有低能进入、稳定停泊、低能全域可达等独特属性，是地月空间的天然良港，堪称是太空上的“喜马拉雅”高地。作为一类三体动力学轨道，它顺行绕地、逆行绕月，其中典型一支轨道距离地球约31-45万公里，距离月球约7-10万公里。

2024年3月13日，DRO-A/B双星组合体在西昌卫星发射中心发射升空。运载火箭一二级飞行正常，但由于上面级飞行异常，卫星未准确进入预定轨道。

救援

历经123天飞行，将卫星拉回安全区

面对突如其来的变故，中国科学家团队开始了一场太空“极限救援”，将两颗命悬一线的卫星，从“悬崖边”拉回了安全区。

“这是一次长达123天的太空抢救，这边有‘医生’，那边没‘医生’只有‘病人’，还是两个。如果病危不抢救就会有生死风险。”谈到这次地月空间卫星救援的难度，中国科学院空间应用中心副主任王强用“异地做手术”来打比方此次营救，将卫星比喻成“一对双胞胎病人”。

3月18日和23日，工程团队成功实施两次近地点轨道机动补救控制，DRO-A/B卫星高度被相继抬高到24万千米、38万千米，越过“死亡线”。

4月2日，DRO-A/B卫星成功实施关键奔月机动，进入预设低能地月转移轨道；7月15日，DRO-A/B卫星成功实施DRO入轨机动，准确进入预定任务轨道。

在发射出现异常情况下，DRO-A/B卫星历经123天飞行，航程超过800万千米，终于进入预定轨道，为后续的卫星载荷在轨测试，提供了基本保障和有效支撑。

“奔月轨道设计类似于从38万公里打靶，因运载调整能力有限，我们瞄准月球存在‘脱靶’风险。”中国科学院空间应用中心研究员张皓告诉记者，他们在卫星发射前团队提前做了预案，并对其底线非常清楚。当时发现卫星发射出现了问题，根据捕捉到的实时情况可以判断出来，这次异常是有拯救可能的，大家目标一致、方法得当，最终把DRO卫星拯救回来。

“当成功营救后，科研团队的小伙伴都激动哭了，互相拥抱了彼此，以前我们是不会这样的。”张皓说。

4月15日，南都记者在北京举办的“地月空间DRO探索研究学术研讨会”上获悉，DRO-A/B两颗卫星不仅重回正轨，在抵达并驻留地月空间“远距离逆行轨道(简称DRO)”后，已与先前发射的近地轨道卫星DRO-L建立起星间测量通信链路，标志着中国已成功构建国际首个基于DRO的地月空间三星星座。

目前DRO-B卫星已于今年3月底开始实施地月巡航机动任务，正在向共振轨道可控转移。

成就

航天器首次实现低能耗地月转移

在中国科学院微小卫星创新研究院高级工程师张军看来，DRO小卫星最终成功进入预定轨道，展示了中国在深空故障恢复和自主导航技术上的突破，凸显了小型卫星在复杂任务中的灵活性和适应性，为低成本深空探测开辟了新路径，标志着我国地月空间探索新时代的来临。

王强也认为，在地月空间DRO探索研究专项中，科研团队在工程强约束和发射异常的情况下，获得了低能地月轨道设计、轨道重构、卫星能源风险管控等方面的实践经验，为我国发射部署更多的地月空间航天器，积累宝贵理论方法和工程经验。

经过此次行动，科研团队已推动地月空间DRO探索研究取得一系列实质性突破。王强介绍，中国科学院空间应用中心科研团队在多年地月空间航天动力学与空间探索研究基础上，创新性提出以飞行时间换取更大载荷重量和应急处置裕度的设计理念，并在该先导专项中得到验证，最终消耗传统手段五分之一的极少燃料，即完成了地月转移及DRO低能耗入轨，这是我国航天器首次实现低能耗地月转移。这一突破显著降低了地月空间进入成本，为大规模地月空间开发利用开辟了新路径。

国际首次验证卫星跟踪卫星定轨能力

同时，国际上首次验证117万公里 K频段星间微波测量通信链路，突破了地月空间大尺度星座构建关键核心技术瓶颈。值得关注的突破还有，这是国际首次验证地月空间卫星跟踪卫星定轨导航新质能力。

“随着三星互联组网成功，我国成功验证了卫星跟踪卫星的天基测定轨新体制，在轨卫星3小时星间测量数据，即实现了传统方式2天跟踪测量数据的定轨精度。”王强说，这一突破显著降低了地月空间航天器运行成本，为航天器高效运行开辟了新路径。

南都记者了解到，此前月球拯救卫星的例子有两个比较典型:1990年日本发射的月球探测器，当时火箭出了问题，用复杂的轨道设计把卫星成功救回。同样的拯救行动发生在1998年，休斯公司成功挽救了亚洲卫星3号，当时也是火箭发射失利，最终目标轨道没有完全进去。

此前的国际救援先例卫星本身没有问题，而DRO卫星帆板受损严重，能源十分受限，“跟他们相比，我们的救援难度更大。”张皓分析。

哈佛大学史密森尼天体物理中心乔纳森·麦克道尔就此营救行动评价，“这无疑表明，中国在处理复杂天体动力学问题的能力方面，目前已与美国不相上下。”

“未来，科研团队将进一步研究地月空间复杂多样的三体轨道问题，认识和掌握地月空间环境演化规律。”王强说。

知多D

地月空间是指地球同步轨道以外、主要受地球和月球引力影响的三维宇宙空间，涵盖地月拉格朗日点区域、基于这些点形成的轨道以及月球表面等区域，距离地球最远可达200万千米。它是人类探索深空的战略跳板，蕴藏丰富的资源和发展潜力。

采写:南都记者 潘珊菊 发自北京