事情缘起于推特上一位著名的无线电爱好者Scott Tilly在2022年1月4日的推文:

Despite the break-up YUNHAI 1-02 continues to emit encrypted data on L-band. It's optical behaviour changed from a 3 second period to a steady characteristic.
尽管已经解体,但云海1-02星仍继续在L波段发射加密数据,它的光学信号已经从3秒周期变为稳定。

可能很多朋友不知道这是什么意思,简单的捋一捋,大概意思就说云海1号02星已经在L波段能提供稳定的加密数据信号,这表示它的发射与接收天线以及星载处理无线电设备工作是正常的。

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另一个光学信号从3秒周期变为稳定,这个意思则是原本处在翻滚状态,从天文台获取的光变信号是不稳定,但现在已经趋于稳定,也就是说不翻滚了,姿态可控。

简单的一句话总结:云海1号02星已经恢复正常,围观群众可能不太清楚这颗卫星经历了什么,但了解中国航天的朋友一定知道这中间有一个极其曲折的故事,下文就试图把来龙去脉捋一捋。

云海一号:太空爆炸?碎裂成22块

云海一号是我国用于大气海洋环境要素探测、空间环境探测、防灾减灾和科学试验等领域的卫星,轨道为太阳同步轨道,高度为780千米,01星于2016年11月12日发射,02星于2019年9月25日发射,均成功入轨,工作正常。

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意外发生于2021年3月18日,在轨工作的中国云海一号02突然发生解体,据美国太空部队第 18 太空控制中队(SPCS)的数据,02星已经碎裂成了22块散列在轨道上,目前该中队正在追踪卫星的碎片数据,避免对其他航天器产生影响。

但对02星为何会发生解体碎裂却一直是个谜,公开的新闻中没有任何信息,但非常巧合的是,美空军第18太空控制中队曾于3月10日披露过一个并没有引起太多人注意的事情,美国国家海洋和大气管理局的一颗报废卫星NOAA-17在太空因为发生爆炸而解体,产生了16个碎片,目前也在追踪与评估碎片的危险性。

NOAA-17美国海洋与大气管理局的一颗卫星,编号为2002-032A,轨道为太阳同步轨道,近地点807千米,远地点823千米,重量约1.4吨。美官方并没有给出它发生爆炸的原因,但据专业人士分析,很可能是这颗报废卫星上的电池发生了爆炸从而导致卫星解体。

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因为NOAA的系列卫星还是有前科的,2015年11月25日,美国国防部联合太空作战中心(JSpOC)宣布了NOAA-16解体,在2016年3月26日确认16星的碎片达到了275块。

因此有人怀疑这是美国人NOAA-17星解体后的碎片撞击了同是太阳同步轨道的中国云海一号02星,因为02星是一颗仍在服役期内的卫星,而中国人的卫星性能虽然不是全球最好,但稳定性绝对是数一数二,因此这个怀疑不无道理。

图表显示太阳同步轨道 (绿色) 在一年中四个位置点的方向。非太阳同步轨道 (洋红色)

不过太阳同步轨道比较特殊,除了会在两极相遇外,其他位置是不会的,只要检测云海一号02星的解体时间就能分析出到底是不是NOAA系列卫星的撞击,因此专业人士怀疑这个可能性也不大。

而坊间此时的猜测已经转向了激光武器攻击或者反卫星等,但云海一号02星纯粹就是颗海洋与空间环境观测卫星,与世无争,没有理由要攻击它,因此02星的解体一直是个谜。

云海一号02星恢复工作,到底是怎么做到的?

2022年1月11日,SPACENEWS上刊发了一篇文章称NASA已经确认2021年3月18日,云海一号02星解体的原因,是俄罗斯在1996年发射的Cosmos 2333的卫星有关。

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Cosmos 2333是一颗军用天基无线电监听卫星,它采样的数据用来确定无线电发射物体的确切位置以及它们的类型、操作模式以及它们的活跃程度等,天基监视可以对这些动向做评估作为突发事件的早期预警,这颗卫星的近地点高度为837千米,远地点高度为865千米,倾角为70.8199°。

没有证据表明Cosmos 2333已经碎裂,不过在发射的同时还有其它部分同时入轨了,1996-051A是卫星主体,编号B为天顶火箭,C、D、E、F是被分离时弹到更高轨道的小型分离发动机罩碎片,还有G到Q编号也是。

据NASA称,可能是Cosmos 2333的其中一块碎片撞击到了云海一号02星,之所以云海一号02星能恢复工作,极有可能是撞击到了02星的太阳翼,碎片高速撞击使得一侧的太阳翼毁损,并同时导致卫星姿态失控,整星遭遇极端震动,暂时失去了控制。

但其天线与姿态控制动量轮以及轨道维持发动机应该没有损坏,因此在断断续续的的L波段加密信号控制中,地面控制人员终于将其恢复正常,个中所经历的艰辛是常人所难以想象的。一般这种失控的卫星会经过如下抢救过程:

确定信号窗口周期(滚转的卫星天线可能会在某个阶段对准地面),然后确定卫星的滚转速度与方向,确定调整方案,在窗口周期内向其注入轨控信号,或者分阶段恢复姿态,其可能会有动量轮控制以及轨道维持发动机点火等多种手段。

一般这种机会只有一次,因为轨控失败,如果天线在翻滚过程中再也不会指向地面测控站,那么这颗卫星算是丢了。因此抢救失控卫星的技术要求极高,这是对一个测控团队最好的技术考核!我国测控人员抢救失控卫星也不止一颗两颗了,这次绝壁是体现了测控的真正技术水准。

2021年10月8日,MMT天文台发布的光变数据表明,其已经趋于稳定,也就是说经过我国工作人员数月的抢救,云海一号02星基本恢复正常。

假如从推测的角度来看其一侧的太阳翼损坏,那么未来的姿态控制上应该会增加不少难度,因为这会有几个问题,首先就是“太阳风”与辐射压的不平衡,其次则是重心已经重新分布,当然这些参数注入星载姿态控制系统后,将会做出补偿调整。

另外缺少了一侧太阳能电池后,其星载设备功率也需要重新分配,毕竟功率至少已经减少了一半,当然即使是部分设备能工作也比失去这颗卫星要好得多,厉害了我们的卫星测控工程师!