衛星發射已經不是什麽(me) 稀罕事兒(er) 了，不過有時候，有些衛星會(hui) 因這樣或那樣的原因而“失控”。但在30年前的今天，即1993年12月25日，我國科學家成功跟蹤並捕獲到兩(liang) 個(ge) 多月前失控的一顆返回式衛星，書(shu) 寫(xie) 了我國航天技術的奇跡。衛星“失控”了也能“追蹤”嗎？要解答這個(ge) 問題，我們(men) 得先了解一下返回式衛星。

1返回式衛星：有去有回的太空飛行任務“執行者”

返回式衛星，顧名思義(yi) ，就是完成太空飛行任務後部分結構還能再入大氣層並返回地麵的衛星。衛星回收技術是載人航天的先驅，美國於(yu) 1960年首次成功回收了“發現者”13號返回式衛星，我國則於(yu) 1975年成功發射並回收“尖兵”1號遙感衛星，成為(wei) 繼美國、蘇聯之後第三個(ge) 掌握衛星返回技術的國家。

1960年10月8日，發現者13號在美國範登堡空軍(jun) 基地發射（來源：Wikipedia）

1975年11月26日，中國第一顆返回式衛星發射成功（來源：央視新聞視頻截圖）

返回式衛星的出現，最初是為(wei) 了滿足軍(jun) 事偵(zhen) 察、國土普查的需求。當時，拍照技術需要利用底片才能完成，為(wei) 了將在太空拍攝的照片送回地麵衝(chong) 洗和分析，返回式衛星便應運而生。

如今，隨著數碼照相、數據傳(chuan) 輸等多個(ge) 學科領域的飛速發展，衛星捕獲的影像數據可以直接從(cong) 太空傳(chuan) 送到地麵，返回式衛星更多地被用於(yu) 空間科學與(yu) 技術試驗。比如，返回式衛星可以搭載微重力科學實驗室，在完成試驗後返回地麵，從(cong) 而實現對試驗樣品的回收，這些試驗成果已經廣泛用於(yu) 新材料、新藥品和新作物等產(chan) 品的研發。

2返回式衛星因何“失控”？

衛星返回通常需經曆艙段的分離、離軌、過渡、再入和著陸等過程。在太空中遨遊的衛星偶爾會(hui) 不服從(cong) 指令，這可能是機械故障、軟件故障、通信中斷、電力供應問題等多種因素綜合作用導致的。比如，法國的SPOT-3衛星曾因陀螺故障而失控旋轉，太陽帆板也無法接收陽光，不能產(chan) 生衛星正常運行所需的電能；日本曾經發射的“菊花”6號衛星也因噴氣動力裝置發生故障而偏離了預定軌道。此外，太空環境也會(hui) 影響衛星的正常運行，例如太陽風暴、宇宙射線就極可能幹擾衛星通訊功能及衛星上的電力係統，從(cong) 而使衛星失去控製而衝(chong) 離軌道。

以我國首次追蹤到的這顆返回式衛星為(wei) 例，1993年10月8日，我國發射了第15顆返回式衛星，但衛星在返回時，運行段俯仰紅外通道卻發生了故障，姿態未能達到預定角度。於(yu) 是，在地麵發出返回指令後，衛星便以錯誤姿態接受了指令，從(cong) 而偏離了預定軌道，導致衛星“回家”失敗。

1993年12月25日，我國科學家成功捕獲兩(liang) 個(ge) 多月前失控的返回式衛星，圖為(wei) 1993年10月8日酒泉發射中心長征二號丙火箭將該衛星發射升空時的場景（來源：論文截圖）

為(wei) 了防止返回式衛星失控，航天工程師們(men) 設計了一套規範的流程。首先是對返回式衛星的設計和製造提出了更高標準，全麵提升軟件、硬件的可靠性。其次是在衛星的通信和監控係統上進行技術優(you) 化，以便及時掌握衛星的健康狀態和運行情況並做出迅速反應。近年來，人們(men) 還引入了機器學習(xi) 和人工智能等先進技術，實現對衛星的智能化控製。

3失控後的返回式衛星如何跟蹤？

想要在茫茫太空中追蹤失控的衛星無異於(yu) 大海撈針，如何找到這些失聯的衛星，至今仍是航天工程師需要解決(jue) 的難題之一。

首先，我們(men) 可以嚐試恢複對衛星的無線電聯係，通過多普勒效應、相位差測量及碼追蹤等技術，可得到衛星的位置、速度和運動方向等關(guan) 鍵信息。

此外，近年來，隨著人工智能、大數據等技術的發展，人們(men) 在對衛星進行連續自動跟蹤方麵已經可以同時獲得較高的效率和精度。

采用雷達探測技術對衛星進行搜索，也是追蹤衛星最靠譜、最有效的方法之一。比如，2017年美國航空航天局就曾采用先進的陸基雷達發現了失蹤8年的印度“月船”1號探測器。

印度“月船”1號探測器（來源：Wikipedia）

另外，還可以在衛星上設置智能化的硬件和軟件，讓其在失控時能及時展開自救，主動與(yu) 地麵恢複通信。

4若追蹤失敗，失控的衛星將何去何從(cong) ？

如果追蹤不到失控的返回式衛星，它可能會(hui) 隨著能量耗盡而自行墜入地球大氣層，也可能會(hui) 長期留在太空中成為(wei) 太空垃圾。由於(yu) 返回式衛星常常搭載各式試驗裝置，這些試驗裝置很可能攜帶有害化學物質或放射性物質，因此一旦進入地球大氣或地麵，難免會(hui) 汙染空氣、土壤及水資源，對人類健康和生態環境造成無法估量的危害。此外，失控的衛星還可能會(hui) 被他國控製和利用，從(cong) 而威脅國際安全和地區穩定，美國就曾於(yu) 2008年擊毀一顆失控的偵(zhen) 查衛星，以防止其攜帶的先進成像傳(chuan) 感器設備泄露技術機密。

太空垃圾示意圖（來源：Wikipedia）

5若追蹤成功，失控的衛星如何“回家”？

一旦衛星失控，我們(men) 可以嚐試通過一些技術手段對衛星進行重新控製，其中最主要的就是遙操作，即通過地麵控製中心對衛星進行遙操作，實現對其姿態和軌道的控製。但如果想讓衛星重新安全回到地麵，還需要克服重重關(guan) 卡。

首先是調整姿態，即將衛星的姿態準確地調整為(wei) 返回姿態並保持穩定。

其次是製動，即準確點燃製動火箭，讓衛星能夠脫離原有錯誤軌道而進入預定返回軌道。

不過，由於(yu) 返回式衛星動力有限，很難實現上述過程。不過，即使仍滯留太空，如果衛星通信正常，依然能將自身運行數據及試驗監測數據發回地麵，繼續“發揮餘(yu) 熱”。

作者：朱磊 南京航空航天大學航空宇航推進理論與(yu) 工程博士

審核：鄧曉濤 中國航發湖南動力機械研究所 高級工程師

出品：科普中國

監製：中國科學技術出版社有限公司、中科數創（北京）數字傳(chuan) 媒有限公司

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