主题：印尼卫星在西昌升空未能进入预定轨道 -- acdo

人类自20世纪50年代开展航天活动以来，虽然航天技术取得了惊人的进步，但发射卫星失败的事例仍在频繁出现。故障率最高的就是发射阶段，大多数卫星的失败都是由于运载火箭故障造成的，使许多工作状态完好的卫星报废或被置入了错误的无用轨道，成了太空垃圾，这实在是人力、物力的巨大浪费。一颗重要的卫星或航天器研制周期要数年甚至10多年，研制费用动辄数亿美元。然而，在卫星发射失败后进行挽救的却寥寥无几。本文将介绍2颗卫星发射失败后挽救成功的事例，从中可以得到深刻的启迪，并引出一些实用的创新设想来。

1 挽救“阿蒂米斯”卫星的轨道机动策略

　　 2001年7月12日,欧空局（esa）发射“阿蒂米斯”（artemis）数据中继技术试验卫星时，因阿里安―5运载火箭上面级故障把卫星送入了一条错误的椭圆轨道。为此在欧空局的支持下，由意大利telespazio公司、欧洲卫星操作中心（esoc）、意大利阿莱尼亚航天公司（alenia spazio）的专家组成了工作队，负责实施对“阿蒂米斯”卫星的挽救工作。经过欧空局地面测控中心长达18个月的艰苦工作，该卫星终于在2003年1月 31日成功地到达了21.5°e的地球静止轨道位置。目前“阿蒂米斯”卫星已完全投入正常工作，预计工作寿命仍可达到10年。现将挽救“阿蒂米斯”卫星的轨道机动策略（见图1）说明如下。挽救工作大致分为5步：

　　 第1步（2001年7月18～20日）

　　 阿里安―5火箭把“阿蒂米斯”卫星置入的是近地点592km、远地点17528km的错误轨道。工作队首先利用星上的化学推进剂，远地点发动机在轨道近地点p处5次点火，将卫星助推升高到达近地点592km、远地点31000km的轨道。

　　 第2步（2001年7月22～24日）

　　 在31000km远地点a处，通过远地点发动机3次连续地点火，使上述大椭圆轨道圆化，卫星进入高31000km、周期约20h、倾角为0.8°的圆形停泊轨道。随后太阳电池翼和2副抛物面天线反射器展开，并分别指向、跟踪太阳和地球。

　　 第3步（2001年7月25日～12月）

　　卫星处于圆形停泊轨道后，工作队制定了操作离子发动机推进的新方案，包括从未在通信卫星上使用过的全新控制模式，以及新的遥测、遥控和其他数据处理接口，修改了20%原有的卫星控制软件（星上具有重新编程的控制能力），总量达到了15000字节。在12月底完成了新的卫星在轨飞行软件后，为了可靠起见，又使用了卫星模拟器作为试验床进行了试验，并证明了新的软件是成功有效的。

　　 第4步（2002年2～11月）

　　在31000km高的圆形停泊轨道上，开始使用离子发动机新的姿态和轨道控制方式。因为星上离子发动机原先设计是用来在地球静止轨道上控制卫星轨道倾角的（即产生垂直于轨道平面的推力），但现在需要产生在轨道平面内的推力来提升轨道，为此要把卫星相对它的正常方向旋转90°后再启动离子发动机。此期间利用了星上成对备份的4台离子发动机进行了长期连续不断地轨道爬高。由于离子发动机仅有15mn的推力，平均每天只能爬升15km的高度。经过将近10个多月的时间，卫星终于到达了仅比标准地球静止轨道低几百千米的高度。

　　 第5步（2002年12月～2003年1月）

　　开始实施对地球静止轨道位置的捕获。第1次激活和启动星上的小型化学推进器，使卫星边爬升、边漂移。在几周时间内，一共进行了3次推进调整。在漂移的过程中要防止卫星“过冲”，即通过调整漂移速率，使卫星到达所设计的轨道位置（21.5°e）时正好是地球静止轨道的标准高度。

　　 2003年1月31日“阿蒂米斯”卫星在完成最后一次轨道机动后，定点在21.5°e的目的地。由于地面测控中心在整个提升轨道高度的过程中十分注意节省星上燃料，卫星定点后仍有40kg化学推进剂，使卫星仍然具有10年工作寿命。虽然挽救过程经过18个月，耗资2100万美元，但对于这颗欧空局从定义、研制到卫星定点历时长达15年、投资约9亿欧元的重要技术试验卫星来说，却是大大值得的。

　　 1997年12月25日，由于俄罗斯质子号火箭第4级发动机故障，将香港亚洲卫星公司向美国休斯公司购买的亚洲卫星―3推入到一条无用的地球静止转移轨道上。发射失败后，休斯公司即开始研究可能的卫星挽救方案。

　　利用月球引力的挽救设想是美国喷气推进实验室（jpl）的belbruno及其同事首先提出的。他们认为，星上尚存有1700kg燃料，可利用其中一部分将卫星推入另一条轨道，使其经过一个“弱稳定的边界区”（受到地球和太阳或月球引力达到平衡的区域）。在此区域内，可以利用很小的推力实现大幅度地改变卫星的轨道参数。这个方案，经休斯公司研究后，认为不可行。原因是卫星距地面约数十万千米，地面测控站的跟踪和遥控将难以进行，同时卫星将运行3～5个月才能到达那个区域，整个变轨过程太长。但休斯公司汲取了这一方案的创造性思想，即利用月球引力来改变卫星的轨道，为此设计了一个图2中所示的新的挽救方案。

图2 挽救亚洲卫星―3的轨道机动策略

　　 1998年4月10日星上发动机多次点火，轨道高度不断升高，5月7日星上发动机第12次点火，速度达到10.7km/s，将卫星加速送入月球轨道。5月 13日卫星与月球首次交会（a点），近月点约为6200km，然后卫星开始向地球方向飞行。5月16日卫星到达离地球42000km高的近地点（b点）。此时休斯公司研究人员发现，如果再进行一次绕月飞行，可以节省大量燃料，多延长卫星的在轨工作寿命，于是决定改变原方案。星上发动机再次点火，耗去燃料 50kg，使卫星减速，但速度下降幅度只有原方案的50%。卫星进入了一条周期为15天的大椭圆轨道（近地点为地球静止轨道高度36000km，远地点达 488000km），5月24日卫星到达c远地点，6月1日卫星回到b近地点，星上的22n发动机点火了30min，卫星进入另一条绕月轨道。6月6日卫星第2次与月球交会，到达近月点36000km。6月11日和13日星上发动机又点火2次。6月14日控制星上主发动机点火46min，使卫星减速进入近地点36000km、远地点82000km的椭圆轨道。6月16日发动机点火28min，使卫星进一步减速进入一条周期28h的近圆形轨道。6月17日卫星再次变轨减速，便进入了周期为24h、倾角为几度的地球静止轨道。

　　 此挽救行动仅租用了2个海外深空测控站，前后经过2个多月时间即大功告成。星上所剩燃料尚可供卫星在轨工作5～7年。