于2020年7月31日宣布全面建成的北鬥三号全球衛星導航系統，是過去十年中，中國航天最為耀眼的成就之一。這項由中國自主建設、獨立運作的全球衛星導航系統，在維護國家安全，服務經濟社會發展方面發揮了不可替代的作用。從1994年正式啟動至2020年全面建成，北鬥衛星導航系統耗時26年，共組織了44次北鬥發射任務，先後将59顆北鬥衛星送入預定軌道，任務成功率達到100％！
舉世矚目的成就背後，除了性能卓越的星與箭，還有一支神秘的“牧星”團隊時刻守護着這座中國迄今為止規模最大的星座系統。特别是在2020年3月北鬥三号GEO-2衛星組網部署任務中，這支團隊克服新冠疫情等種種不利因素，在衛星突發故障，面臨失控的局面下，憑借過硬本領，發揚擔當精神，成功将這顆衛星救回并送入預定軌道，確定北鬥三号全球衛星導航系統在當年如期順利建成。作為中國太空資産的守衛者，這支默默無聞的團隊也在一次次力挽狂瀾中，踐行着“把光輝融進祖國星座”的偉大精神。
北鬥三号全球衛星導航系統示意圖
驚心動魄的5分鐘
2020年3月9日19時55分，大陸在西昌衛星發射中心，運用長征三号乙運載火箭，将北鬥三号GEO-2衛星順利送入近地點200餘公裡，遠地點3萬6千餘公裡的大橢圓軌道，随着衛星太陽能帆闆的打開，此次發射任務取得圓滿成功。作為北鬥三号全球衛星導航系統的第29顆衛星，北鬥三号GEO-2衛星的發射成功，意味着中國北鬥距離全球組網僅有一步之遙。接下來隻要在當年6月将北鬥三号GEO-3衛星順利送入預定軌道，北鬥三号全球衛星導航系統的部署工作就将圓滿收官。
然而在西安衛星測控中心，發射成功的大紅屏卻昭示着中國“牧星人”後續更加繁重任務的開始。按照計劃，北鬥三号GEO-2衛星在進入大橢圓軌道後，将實施5次變軌，逐漸擡升衛星軌道近地點的高度，降低軌道傾角。最終目标是讓衛星進入距離地球3萬6千餘公裡的地球靜止軌道。
在發射第二天進行的首次變軌中，一切如常，但在實施第二次變軌的過程中，意外發生了。在衛星主發動機持續點火十幾分鐘後，遙測資料顯示，衛星的姿态突然出現異變的趨勢。“指揮大廳的螢幕上顯示，有一個幹擾力矩導緻衛星的姿态出現擾動” 西安衛星測控中心進階工程師王鑫告訴《環球時報》記者，這就好比一個人本來站姿端正，卻突然出現一股外力，把這個人向左邊猛推一下，又向右邊猛推一下。
衛星姿态的異常通常會引發一系列災難性的後果。王鑫介紹稱，衛星姿态不穩會導緻星上的器件受損，以至于徹底無法工作，更嚴重的是可能會造成衛星與地面之間的通信中斷，導緻地面人員無法對衛星進行監測和控制。
北鬥三号GEO-2衛星搶救任務現場
面對突發的異常情況，西安衛星測控中心的飛控人員甚至都沒有太多的時間去驚愕和茫然。雖然第一時間并不清楚衛星的姿态為何會突發異變，但是大家又必須緊急制訂出處置辦法迅速控制衛星的姿态。
通常而言，每一次發射任務，在西安衛星測控中心的指揮大廳内，會有中心的飛控團隊和衛星研制方的技術團隊共同執行早期的測控任務，以便更好的掌握衛星的相關情況和狀态。但是2020年的3月正值新冠疫情肆虐全國，衛星研制方的技術團隊雖然也在西安衛星測控中心，但出于疫情防控的要求，兩支團隊隻能分散于兩個工作廳内執行此次任務，在衛星突發故障的危急時刻無法面對面分享資料，交流想法，隻能通過電話和排程人員商讨解決措施，在那個千鈞一發的時刻，這無疑給應急處置增添了難度。
面對大紅屏上顯示衛星幹擾力矩資料持續加大的危險局面，地面飛控人員通過研判後決定為衛星設定一個臨界參數，一旦衛星姿态異變的參數達到了這個值，地面人員就必須立馬發送指令緊急關閉衛星的主發動機，確定衛星的安全。“當時的情況是，如果衛星姿态異變參數超過這個臨界點，衛星就有可能會失聯、失控，在那之前如果我們還沒有實施主發動機關機，那麼衛星就再也無法接受指令實施關機了，最終衛星處于什麼狀态，飛到了哪個地方我們都無法知道。” 王鑫介紹稱，因為當時衛星的動力系統中隻有主發動機在工作，是以大家初步研判應該是衛星的主發動機出現了問題才導緻衛星姿态的異變，一旦關閉了主發動機，衛星的姿态應該能夠穩住。
最終，在衛星姿态出現異變情況五分鐘後，異變參數到達了臨界點，地面人員緊急發送指令實施衛星主發動機關機。關機之後，指揮大廳的大螢幕上很快就顯示衛星姿态異變的趨勢逐漸減緩。“也就是說，我們在衛星出現異常情況約五分鐘内，初步研判出衛星的問題，制定和實施了處置辦法，確定衛星沒有完全失控，現在想來這個過程簡直是步步驚心。”王鑫回憶稱。
蕩氣回腸的20天
把衛星從失控的邊緣救回來并不能讓地面飛控人員松一口氣。作為北鬥三号衛星系統中功能最多、信号最多、體型最大、壽命最長的一型衛星，北鬥三号GEO軌道衛星的造價自然不菲，如果因為主發動機故障導緻衛星無法爬升到地球靜止軌道，進而失去應有的作用，無疑将造成巨大的經濟損失。
此外，按照北鬥三号全球衛星導航系統的整體規劃，自2017年11月開始，要在兩年多的時間内通過高密度的18次發射完成30顆北鬥三号衛星的部署，進而實作北鬥三号衛星的全球組網。王鑫介紹稱，這個組網計劃十分飽滿，且環環相扣，對于整個大工程的各大系統來說，都很難有“餘量”在預定的時間内補發一顆衛星補缺。“作為系統全面建成前的倒數第二顆組網衛星，北鬥三号GEO-2衛星如果未能正常投入運作，至少還需再等上一年時間才能完成‘替補’衛星的發射，這意味着2020年完成組網的預期目标将難以實作，全面建成北鬥三号全球衛星導航系統的相關計劃都将推遲。”
北鬥三号GEO-3衛星測控任務現場
面對這樣一顆不容有失的衛星，現場這些跟随北鬥工程一路走來的任務人員都不甘于放棄。在化解衛星失控的危機之後，地面飛控人員随即發送指令讓衛星的姿态逐漸恢複正常，并進入安全工作模式，随後就開始同衛星研制方的技術團隊一起對衛星異常的現象和資料開展細緻地分析，試圖盡快定位衛星的故障點。
結合分析的結果，衛星研制方應用衛星的鑒定件，通過仿真等手段在地面上進行“複盤”性質的試驗，結果發現衛星之是以出現姿态失控，是因為主發動機噴管的喉部出現了燒蝕的現象。“通俗而言就是衛星主發動機噴管的喉部燒出了一個洞，這就會導緻發動機的推力不穩定，燒穿的地方漏出的工質對衛星的姿态造成了擾動，導緻衛星姿态異變。”王鑫稱。
彼時，衛星滞留在近地點高度6000餘公裡的過渡軌道，想要繼續爬升到地球靜止軌道就必須依靠衛星自身的動力系統将近地點高度再擡升3萬餘公裡。由于此前的變軌方案都是圍繞衛星主發動機正常工作的情況而制定，是以有一種聲音主張，既然衛星的姿态已經穩定了，那麼就可以嘗試重新點燃衛星主發動機，按原計劃實施變軌。
但有另一種聲音卻認為，因為衛星主發動機噴管的燒蝕點始終會産生幹擾力矩，影響衛星姿态的穩定，而且噴出的工質有可能會對離噴管較近的星上部件造成損害，這個方案風險太大。于是一種更為複雜但卻更加安全的方案最終勝出：放棄衛星的主發動機，而是選用星上推力更小的，用以維持衛星姿态穩定的姿軌控推力器實施更多次的變軌。
然而這種方案在實施的過程中也要面臨多種限制因素。王鑫介紹稱，在衛星變軌的過程中，随時掌握衛星的狀态，及時發送指令精準地實施衛星推力器開關機尤為關鍵，這就需要保證地面與衛星之間星地測控鍊路的暢通。但由于大陸測控網規模有限，無法實作衛星在軌運作的全弧段測控，是以，在衛星變軌點的選擇上，除了要盡量靠近變軌時最“省時省力”的軌道遠地點之外，變軌點還必須在我們的測控範圍内。
此外,在這個更為複雜的變軌過程中，還需要盡量節省衛星的燃料，減少對衛星姿軌控推力器壽命的影響。“這就需要我們制定合理的點火政策，優化衛星燃料消耗、點火軌道位置和點火弧段，在不同的變軌點采用不同的推力器組合實施點火，這樣才能規避因為執行應急變軌任務，對衛星姿軌控推力器的超壽使用。” 王鑫稱。
在綜合考慮到各種因素後，經過任務團隊中一群“最強大腦”的細緻計算，最終搭配出三套推力充足的姿軌控推力器組合，制定好每組推力器的合理工作時長，調整好推力器噴氣方向。在經過試點火，确認每套推力器組合都能確定衛星的姿态穩定之後，最終開始實施這場扣人心弦的變軌計劃。
3月28日，在耗時近20天，實施了近20次精确變軌後，北鬥三号GEO-2衛星最終依靠星上十餘台姿軌控推力器，實作了持續擡升軌道高度，逐漸壓低軌道傾角，順利定點于離地3萬6千餘公裡的地球靜止。這顆事關北鬥工程建設全局的衛星最終被成功救回！
2020年6月30日，北鬥三号系統最後一顆組網衛星北鬥三号GEO-3衛星定點成功
更加難能可貴的是，後續經過西安衛星測控中心技術人員的測算，這次意料之外的“救星”任務并未對衛星的設計使用壽命造成明顯影響。王鑫介紹稱，得益于衛星研制團隊的備援設計，衛星實際攜帶的燃料量，以及星上器件的實際使用年限都超過了設計使用年限，“在這場‘救星’任務中我們也制定了最優化的變軌政策，盡量縮短衛星姿軌控推力器的點火時間，最終所消耗的燃料，以及對推力器所造成的損耗很小，衛星的剩餘使用壽命依舊能夠大于設計使用壽命。”
燦爛輝煌的十年
“太空資産是國家戰略資産，要管好用好，更要保護好。”在過去的十年中，大陸的在軌衛星數量越來越多，功能越來越強，價值也越來越大，作為中國太空資産最為堅實的守護者，西安衛星測控中心“牧星人”團隊也不辱使命，在浩瀚的宇宙中書寫了更多的“隐秘而偉大”。
“中國衛星數量的日益增長，以及太空環境的愈發複雜，意味着我們所承擔的任務越來越繁重，但意義也越來越重大。”西安衛星測控中心正進階工程師楊永安告訴《環球時報》記者，現如今，西安衛星測控中心長期管理的各類衛星數量已經達到了三百多顆，其中有三分之一以上的衛星處于超期服役狀态，這些長期在軌運作的衛星難免會因為裝置、器件老化等問題出現故障，但是憑借出色的運維，衛星目前工作狀态依舊良好，在太空中為服務國計民生發揮餘熱。
讓“中國星”在太空中持久閃耀的秘訣在于過硬的本領和勇于擔當的精神。楊永安表示，在過去的十年中，西安衛星測控中心開展了多項創新性的探索，目前已形成了對在軌衛星“體檢”、“診斷”和“救治”的全流程故障診斷與維修能力。總結曆年執行測控任務經驗所制定的衛星故障分析預案以及搶救預案，能夠處置目前出現的大部分的衛星故障，也正是在這套體系的保障下，西安衛星測控中心“牧星人”團隊在近十年内，成功完成了包括中星9A，北鬥三号GEO-2衛星在内的多次衛星搶救任務，創造了許多太空奇迹。
西安衛星測控中心北鬥測控團隊
然而，讓衛星“重生”所創造的價值并不總能為人所知。就像許多其他航天系統一樣，“幹驚天動地事，做隐姓埋名人”也是深植于西安衛星測控中心的傳統和信念。
上世紀七十年代，中國的航天測控網開始建設，一批具有高超學識的青年科技人員參與其中，踏上了大陸航天測控事業轟轟烈烈的建設之路。他們俯身築國基，妙手織星座，牧星耘天，制勝太空的故事曾是必須深藏的秘密，不可言說，于是被他們奉獻精神所感染的人隻能将這份情懷書寫成了一首名為《祖國不會忘記》的歌曲，歌中的那句“不需要你歌頌我，不渴望你報答我，我把光輝融進祖國的星座。”就是許多中國“牧星人”一生的真實寫照。
來源：環球網