衛星發射已經不是什么稀罕事兒了，不過有時候，有些衛星會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并捕獲到兩個多月前失控的一顆返回式衛星，書寫了我國航天技術的奇跡。衛星“失控”了也能“追蹤”嗎？要解答這個問題，我們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，就是完成太空飛行任務后部分結構還能再入大氣層并返回地面的衛星。衛星回收技術是載人航天的先驅，美國于1960年首次成功回收了“發現者”13號返回式衛星，我國則于1975年成功發射并回收“尖兵”1號遙感衛星，成為繼美國、蘇聯之后第三個掌握衛星返回技術的國家。

1960年10月8日，發現者13號在美國范登堡空軍基地發射（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，最初是為了滿足軍事偵察、國土普查的需求。當時，拍照技術需要利用底片才能完成，為了將在太空拍攝的照片送回地面沖洗和分析，返回式衛星便應運而生。

如今，隨著數碼照相、數據傳輸等多個學科領域的飛速發展，衛星捕獲的影像數據可以直接從太空傳送到地面，返回式衛星更多地被用于空間科學與技術試驗。比如，返回式衛星可以搭載微重力科學實驗室，在完成試驗后返回地面，從而實現對試驗樣品的回收，這些試驗成果已經廣泛用于新材料、新藥品和新作物等產品的研發。

2返回式衛星因何“失控”？

衛星返回通常需經歷艙段的分離、離軌、過渡、再入和著陸等過程。在太空中遨游的衛星偶爾會不服從指令，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，太空環境也會影響衛星的正常運行，例如太陽風暴、宇宙射線就極可能干擾衛星通訊功能及衛星上的電力系統，從而使衛星失去控制而沖離軌道。

以我國首次追蹤到的這顆返回式衛星為例，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。于是，在地面發出返回指令后，衛星便以錯誤姿態接受了指令，從而偏離了預定軌道，導致衛星“回家”失敗。

1993年12月25日，我國科學家成功捕獲兩個多月前失控的返回式衛星，圖為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）

為了防止返回式衛星失控，航天工程師們設計了一套規范的流程。首先是對返回式衛星的設計和制造提出了更高標準，全面提升軟件、硬件的可靠性。其次是在衛星的通信和監控系統上進行技術優化，以便及時掌握衛星的健康狀態和運行情況并做出迅速反應。近年來，人們還引入了機器學習和人工智能等先進技術，實現對衛星的智能化控制。

3失控后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于大海撈針，如何找到這些失聯的衛星，至今仍是航天工程師需要解決的難題之一。

首先，我們可以嘗試恢復對衛星的無線電聯系，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，人們在對衛星進行連續自動跟蹤方面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，主動與地面恢復通信。

4若追蹤失敗，失控的衛星將何去何從？

如果追蹤不到失控的返回式衛星，它可能會隨著能量耗盡而自行墜入地球大氣層，也可能會長期留在太空中成為太空垃圾。由于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面，難免會污染空氣、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被他國控制和利用，從而威脅國際安全和地區穩定，美國就曾于2008年擊毀一顆失控的偵查衛星，以防止其攜帶的先進成像傳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，我們可以嘗試通過一些技術手段對衛星進行重新控制，其中最主要的就是遙操作，即通過地面控制中心對衛星進行遙操作，實現對其姿態和軌道的控制。但如果想讓衛星重新安全回到地面，還需要克服重重關卡。

首先是調整姿態，即將衛星的姿態準確地調整為返回姿態并保持穩定。

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

不過，由于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面，繼續“發揮余熱”。

作者：朱磊 南京航空航天大學航空宇航推進理論與工程博士

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

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