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宇航员徒手抓卫星是什么骚操作?为了“变废为宝”人类也是拼了 精选

已有 2858 次阅读 2019-5-23 22:24 |系统分类:人物纪事

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  是机器,就总有会出现故障的一天。

  就像飞机、汽车和轮船等会出现各种毛病以外,人造卫星的故障也没少发生

  据统计,自1957年截至2018年,就共有8378个人造物被发送到太空。

  而人造卫星则是人类发射数量最多的航天器,占90%以上。

  现代社会已离不开卫星系统,天气预报、定位导航、广播电视直播等的背后都由卫星技术支持。

  

  自1957年首次发射以来,每年射入太空的人造物数量

  然而,航天工程又是一项高风险的事业,类型各异的故障是一个都没落下。

  卫星造价不菲,在上天之前航天专家会制定许多应急方案,以应对各种意外的发生。

  例如,通过一些地面的遥控指令等进行补救。

  但都说了是意外,卫星升空后肯定会有一些难以补救的状况发生。

  

  自1957年开始,太空垃圾数量也开始飞速增长

  由于技术原因,一些卫星还没能进入轨道就成了太空流浪汉,可谓出师未捷身先死。

  有的卫星轨道是对了,但却因为零件的损坏也无法正常服役。

  而在地面上的人类,只能看着它们燃料耗尽,并逐渐坠入稠密的地球大气层。

  如果幸运点燃料未耗尽,人类还能控制其轨道的抬升到达离地球4万公里的“墓地轨道”

  这样,这些被遗弃的卫星就可以避免与在役卫星相撞,也算是“善终”。

  

  《地心引力》剧照

  但事实上,有些卫星还是能抢救一下的。

  那些还能用但又没派上用场的卫星,就静静地游荡在地球边缘,等待人类救援。

  

  一般来说,远在天边的卫星出现故障,是不会进行更换或维修的。

  即便每颗人造卫星造价都是以亿起算的,但抢修的成本可能会更高。

  不过,对一些价值连城、或具有特殊意义的卫星就值得去拼一下了。

  

  国际通信卫星6号

  例如,上世纪八十年代的“国际通信卫星6号”,就是无数“太空流浪汉”中的幸运儿。

  权衡利弊,救它可比放弃它要划算得多。

  而说出来让人难以置信,为了拯救这颗卫星当时还上演了航天史上宇航员首次徒手抓卫星(也是唯一一次)的惊险桥段。

  

  国际通信卫星公司推出的第一个卫星“早鸟号”

  为了满足各国通信需求,上世纪70年代起通信卫星的数量就不断激增。

  而国际通信卫星6号(intelsat 6),则是由国际通信卫星公司发射的系列卫星,共有5颗卫星。

  然而,intelsat 6系列卫星的发射并非一帆风顺。

  其中第二颗送上天的卫星intelsat 6-F3,就是最倒霉。

  

  大力神3运载火箭

  当时,负责intelsat 6-F3上天的是大力神3火箭。

  但在发射升空后,由于箭上计算机软件和接线设计失误,火箭的第二级没能与上面级和卫星的组合体分离。

  万幸的是,intelsat 6-F3本身并没有任何损坏。

  在卫星中心的指令下,intelsat 6-F3从近地轨道顺利进入了轨道高度为480多公里的停泊轨道

  

  

  但即便如此,国际通信卫星公司还是面临着几亿美元的损失。

  

  因为按照原定计划,intelsat 6系列每颗卫星的通信容量为24000个双向话路和3个电视通道。

  采用数字线路倍增设备,双向话路还能达120000个。

  这通信容量,在当时是最大的,每天都能为国际通信公司赚回24万美元。

  役期13年,能带来的利润是巨大的。

  

  intelsat 6-F3卫星

  但现下无法正常服役的intelsat 6-F3,却只能在太空中漂泊流浪,完全就是一块废铁

  而全球的通信迫切需求,就摆在眼前。

  另外,重新发射一颗新的通信卫星,费用就高达2.7亿美元,另外还需两年时间。

  于是,国际通信卫星公司便找到了NASA商讨如何抢救一下这颗卫星,以实现“变废为宝”

  

  航天飞机,从左到右:哥伦比亚号、挑战者号、探索号、亚特兰蒂斯号和奋进号

  在美国航天飞机还未退役前,回收和维修卫星这项任务就能靠航天飞机来执行。

  

  例如,航天飞机可以把故障的卫星抓回,在航天飞机敞开的货舱内就地修理,然后再送出去继续工作,又或者由航天员出舱修理卫星;

  若故障不能就地解决,航天飞机还能将卫星带回地面大修,最后再发射上天。

  对intelsat 6-F3而言,回收费用大约只需1.47亿美元,这确实比重新造一个卫星要便宜得多。

  

  “奋进号”航天飞机

  当时,“奋进号”航天飞机便接下了拯救intelsat 6-F3卫星的任务。

  1986年1月,“挑战者号”航天飞机凌空爆炸,7位宇航员当场殒命天际。

  “奋进号”,便是替代挑战者号的新一架航天飞机。

  1992年5月7日,拯救intelsat 6-F3卫星的任务,正是奋进号的处女太空飞行。

  而在这之前,宇航员们也进行了为期两年之久的模拟训练。

  但谁能没料到,这首次出任务“奋进号”就需历经磨难,拯救实况和想象中有些不同。

  

  “奋进号”航天飞机与七名宇航员

  5月10日,奋进号与intelsat 6-F3卫星在近地轨道会合,并一起以2.8万千米每小时的速度飞行。

  按照计划,奋进号需要用特别设计的机械臂将卫星抓回航天飞机内。

  之后,再把固体火箭推进器装好就能把卫星送上预定的地球同步轨道了。

  但在这之前,还需要宇航员出舱将(长为4.5米重72千克的)捕捉杆插入卫星底部的结构环。

  只有这样,才能让卫星被捕获并固定在机械臂上。

  

  作业宇航员皮埃尔·索特在机械臂末端尝试用捕捉杆固定卫星

  然而到了5月11日,奋进号始终没能将捕抓杆固定到卫星的地步。

  即便intelsat 6-F3已在地面控制指令下减速,但其每秒自转一周的速度依然让人吃不消。

  再加上4吨的体重、3.6米的直径,intelsat 6-F3卫星就像一个在太空中高速旋转的巨大陀螺

  在舱外作业的宇航员皮埃尔·索特(Pierre Thuot),数次感到自己的控制的捕抓杆已触碰到卫星了,但仍然无法完成固定动作。

  皮埃尔·索特(Pierre Thuot)

  虽然在地面上已经过无数次的模拟训练,但太空的实际情况却比想象中的复杂。

  在真空状态下,变得更硬的宇航服使索特行动更加笨拙。

  前后经过三次失败的对接,索尔已经筋疲力竭,只能无功而返。

  要知道,奋进号上储备的燃料是有限的。

  当时燃料已经所剩无几,如果继续以老方法很可能还是功亏一篑。

  

  无奈之下,专家团队才动了这么大胆的念头——同时派3名宇航员出航,直接用手去捕获卫星。

  

  其实想要以人工的方式捕获这只太空中的“巨大陀螺”,是极其冒险的。

  首先,宇航服很有可能会被高速旋转的卫星划破。

  

  而宇航服被划破的口子一旦超过0.6厘米,宇航员将性命不保。

  若是航天飞机因操作失误而发生碰撞和损坏,也都将是灾难性的。

  

  奋进号首次发射

  此外,还需要注意的是,这还是奋进号的处女航。

  如果任务失败也将成为NASA的又一黑历史,压力之大可想而知。

  但相对机械捕获,人工捕获也是最后的办法了。

  “让我们去吧”,几位宇航员决定进行最后一搏。

  经过三个多小时候的准备工作,三位宇航员才先后走出航天飞机,并用固定装置稳稳地站立在了舱外。

  

  舱外的三位宇航员

  而这三位宇航员,整整用了一个多小时,才使高速旋转的卫星停了下来。

  在这之后,机舱内的宇航员便立刻操控机械臂将卫星移回舱内。

  当晚,他们就给卫星装上了11.5吨重的固体燃料推进器。

  5月14日,重新获得动力的intelsat 6-F3成功进入地球同步轨道。

  就这样,intelsat 6-F3开始了正式的服役生涯。

  尽管比计划中少服役了两年,但它早已赚回当年抢救的费用,并创造了超出其本身的价值。

  

  奋进号航天飞机

  其实说来,航天飞机在太空维修上的功绩还真不少。

  比徒手抓卫星更有名的,其实是1993年“奋进号”对哈勃空间望远镜执行的首次维修任务。

  而自1993年维修之后,航天飞机又分别在1997年、1999年、2002、2009年执行了4次哈勃望远镜的维修。

  前后5次维修,航天飞机已为哈勃望远镜五次成功续命。

  

  1993年,对哈勃进行的第一次维修

  但可惜的是,综合成本、效益和安全性等各方面原因,2011年美国所有航天飞机都已经退役停飞了。

  而哈勃望远镜,也将随着航天飞机的离去结束几十年的任务。

  哈勃再次出现什么大故障,就没人能够上天为其排忧解难了。

  目前人类也随着航天飞机的退役,暂时失去了轨道维修的能力。

  若想让自家昂贵的航天器不变成一块太空垃圾,就只能在地面上检查得更加仔细了。

  *参考资料

  Andy.How many satellites orbiting the Earth in 2019?.pixalytics.com

  费雅佳.国际通信卫星6卫星已全部入轨.中国航天[J].1992

  刘登锐.奋进号在太空拯救卫星.国外航天[J].2002

  ROBERT W. STEWART.3 Astronauts Grab Marooned Satellite in a Dramatic Rescue : Space: The manual capture is biggest step in an hours-long procedure to retrieve the craft. The crew is to bring it into the shuttle's cargo bay to attach a booster rocket.1992.05.14

  甄生斌,刘涛.航天飞机漫谈.中学物理教学[J].2001

  志豪.对航天飞机退役的反思.国际太空[J].2011

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