未来天玑|中国成功挽救月球卫星任务

太空与网络 2025-07-03 21:00:00 行业资讯 838 0

中国成功挽救月球卫星任务

一场惊心动魄的天体动力学微操使这项任务重回正轨。

中国在2024年3月13日发射DRO-A和DRO-B卫星，旨在将这对卫星送入绕月轨道。然而，运载火箭的上一级原本要将这个航天器发射到月球的转移轨道，却出现了故障，导致这对卫星被困在了近地轨道。

接下来是长达167天的不懈努力：首先将这两个航天器送到远超月球距离的地方，然后成功将卫星送入预定轨道。整个操作过程包括5次变轨、5次用来微调卫星航向的轨道修正，以及3次来自太阳和月球的重力辅助。人们对这对卫星所知甚少。考虑到用于发射的长征二号丙运载火箭有效载荷能力有限，这对卫星必须很小，此外，人们认为这对卫星旨在测试技术和试用它们现在所处的远距离逆行轨道（DRO）。远距离逆行轨道的高度相对较高，而且比较稳定，可用于地月间通信和月球观测。

关键是，这对卫星体量较小，这意味着它们几乎没有推进剂，因此在没有辅助的情况下从近地轨道到达月球轨道是一项非常艰巨的任务。不过，尽管距离十分遥远，负责此次任务的中国科学院微小卫星创新研究院还是开始了救援工作。第一步是在这对卫星最接近地球的轨道上启动小型发动机，从而逐渐提高最远轨道点的高度。一旦最远点足够高，一次更大规模的推进剂燃烧就会使航天器进入一个非典型的月球轨道。通常情况下，前往月球的航天器都是沿着最简单的轨道行进的，即燃烧大量推进剂产生前行动力，飞行三四天后航天器会到达轨道，这时再进行一次大规模的燃烧来进入轨道。中国科学院微小卫星创新研究院则另辟蹊径，利用地月系统周围的混沌动态区域来节省推进剂。
日本的“飞天”号（Hiten）探测器曾在1990年依靠类似的方法获救，但当时它被送入了常规的月球轨道，而不是DRO-A和DRO-B的远距离逆行轨道。乔纳森·麦克道尔（Jonathan McDowell）是哈佛-史密森尼天体物理中心的天文学家、太空活动追踪者和分析师，他表示：“抵达月球所涉及的天体动力学已经比地球轨道任务复杂得多了。”涉及远距离逆行轨道时，复杂性会更高，“而且他们必须在匆忙之中重新制定方案，这肯定是一场噩梦，所以能够成功是非常了不起的成就。”救援方案依靠月球的引力来捕获卫星，不需要很大的推进力。这种方法需要精准把控时机和精确调整轨道。麦克道尔表示：“这种新奇的‘现代’轨道策略就相当于用时间换燃料。”较长的轨道消耗的燃料较少，在轨道的最高点，火箭喷出的一小股气流就可以改变航天器的最终目的地。他接着补充道：“但同理，一个小小的错误也会让你与目标相去甚远。”社交媒体上流传的一份PPT展示了将航天器送入月球轨道的迂回路径。（微小卫星创新研究院没有回应置评请求。）
DRO-A和DRO-B正在测试这种独特轨道的特性，同时也在测试一些新技术，包括与另一颗卫星DRO-L的通信，后者比DRO-A和DRO-B早一个月抵达近地轨道。中国正计划建立月球导航和通信基础设施以支持月球探测，虽然这不是主要目标，但这些卫星可以为计划提供参考信息。DRO-A还携带了一种科学有效载荷，即一台全天空监测器。它用于探测伽马射线爆发，特别是与黑洞碰撞、中子星碰撞和超新星有关的伽马射线爆发。这台新仪器以中国之前开展的近地轨道伽马射线探测任务引力波暴高能电磁对应体全天监测器（GECAM）为基础，但它在深空将具备无遮挡的视野，而且受到的干扰也较少。因此，这次救援推进了中国的探月计划和空间科学目标，也彰显了中国在天体动力学方面的实力。麦克道尔指出，与这次救援任务最接近的是1997年中国香港的亚洲3号任务（已更名为HGS-1），当时一颗前往对地静止轨道的卫星被困在了一个椭圆形的转移轨道上。所采用的救援方法是提高这颗卫星的最高轨道点以进行两次近月飞行，最终将其送入对地静止轨道，而且剩余的燃料足够运行4年。麦克道尔表示，这次任务“无疑表明，现在中国管理复杂天体动力学任务的能力与美国旗鼓相当”。

2024年，中国还完成了一项复杂的月球背面采样返回任务，该任务需要5个不同的航天器。中国还将于2026年在月球南极着陆，寻找水和其他挥发物。随着中国计划在本世纪30年代建立永久性的月球基地，这次DRO-A和DRO-B救援所展现出的各种复杂能力对于保障和支持长期月球行动将起到关键作用。