多颗卫星同时变轨搜救可能性小

2014-03-23 21:40:49　来源: 网易探索

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3月11日，国防部针对马航事件迅速启动卫星测控应急预案，对在轨运行卫星测控计划进行调整。紧急调动海洋、风云、高分、遥感等4个型号近10颗卫星为地面搜救行动提供技术支持。卫星调整不等于卫星变轨，从成本和技术上来讲，在短时间内同时改变多颗卫星轨道可能性微乎其微。

多颗卫星同时变轨搜救可能性小

图为高分一号人造卫星

什么是卫星变轨？

常规情况下，卫星变轨为规避“太空垃圾”及保证卫星运行寿命

卫星在轨期间自主改变运行轨道的过程称为变轨。

在无特殊情况下，卫星变轨主要为了规避“太空垃圾”和保证其运行寿命。由于受地球引力影响，人造卫星运行轨道会以每天100米左右的速度下降。这样将会影响人造卫星的正常工作，常此以久将使得其轨道越来越低，最终将会坠落大气层。因此需要时常对其进行变轨。

如果临时需要持续对固定区域观测可能需要变轨

卫星也可能因一些特殊情况变轨，比如，原本每个卫星都有其特定的任务，按照一定的周期扫描特定的区域，如果突然要持续对一个固定地点观测，变轨是一个解决方式：在卫星飞偏到其他位置时，及时改变它的轨道，使其继续扫描指定位置。这里就需要改变飞行方向了，而发动机本身推力非常小，卫星携带的燃料也很少，直接“倒车”是不可能的，只能对其轨道稍微进行修正，使其在尽量短的时间里回到特定区域上空来。

卫星调动不等于卫星变轨

卫星调动除了变轨还包括改变观测计划

调动卫星包括两层含义。一种是不对卫星进行变轨，在卫星经过事故上空时，改变卫星原来的观测计划。遥感卫星为了实现对热点区域的快速访问和重访，在不变轨的前提下，已经发展出一些行之有效的方案，其中最关键的就是卫星侧摆机动，即通过卫星的态势摆动带动相机指向的变化，针对目标区域进行成像。

卫星姿态摆动是一种较有效的调动方式同样可以缩短访问周期

卫星姿态摆动一般是使用动量轮来控制的，不需要消耗卫星燃料。很多卫星都可以做到30度、45度甚至更高角度的侧摆角。高分一号卫星可以做到正负35度的侧摆角，以实现对热点区域的快速访问。遥感卫星应用了侧摆等技术后，重复拍摄访问热点区域的重访周期就大大缩短了。如高分一号卫星重访周期就只有4天，而美国先进的WorldView-1卫星对北纬40度地区的重访周期，更是缩短到1.7天/1米分辨率。

指定区域上空无卫星或已有探测设备分辨率不够时，需要对卫星进行变轨

另一种情况就是如果卫星当前的轨道不能满足该空域的观测要求，比如在指定区域上空没有卫星覆盖、已有探测设备分辨率不够等情况下，就要对卫星进行变轨，如果要尽可能缩短访问周期，最合适的角度是接近极地轨道（轨道平面与赤道面夹角为90°的人造地球卫星轨道）的角度，因极地轨道接近圆形，速度一定时，卫星绕圆形轨道的时间最短，这意味着卫星能以相对最快的时间重复访问同一区域。但大部分卫星并非在此轨道上，或是虽然轨道吻合但是已经运行到其他位置，这时候如果要达到搜索的最佳效果就必须对卫星进行机动，使其进入该轨道。

变轨成本巨大

变轨消耗卫星燃料直接缩短卫星寿命

一般来说，只要燃料充足，所有的卫星在技术上都能实现变轨。但变轨意味着直接减少卫星寿命。卫星携带一定燃料上天，但中途无法加注，燃料耗尽就意味着卫星寿命结束。改变卫星轨道是需要燃料的，调到特殊模式后再调回原模式，至少需要变轨两次。卫星轨道处于真空中，即使太阳能电池板冲满电，也不能依靠螺旋桨推动空气而动，一般要采用变轨发动机，通过喷嘴喷射内置燃料，利用反作用力来改变轨迹的。

卫星寿命减少可能导致卫星原本任务无法完成

卫星本身也承载着既定的任务，在常规运行过程中，由于受其他星体的引力影响，其轨道会逐渐变化，也需要燃料进行轨道调整，如果无法调整，卫星就会慢慢靠近地球，最终烧毁在大气中。有些卫星设计的寿命本身不长，比如这次参与搜寻的高分卫星，即高空间分辨率遥感资源一号星，2013年投入使用，预计寿命只有3-5年，如果在卫星既定的工作任务没有完成之前，因为无法调整轨道而寿终正寝，会带来很大损失，

卫星变轨还需要花费火箭发射的成本、地面配套支持成本等

就算这些卫星竭尽所能进行了轨道机动，且不说变轨量很小能否应急，单是轨道参数改变后需要重新设计对地成像的方案，代价也不小。除去卫星本身的成本外，还有火箭发射的成本、地面配套支持成本等。如果确定要变轨，需要多方同时配合。首先根据事发地经纬度计算变轨后轨道，然后根据现有轨道计算变轨的点火时间、点火长度、姿态调整时间、反推点火时间、点火长度等等，此外，变轨需要在中国能够遥测的地方进行，基本就是中国国土范围。有的时候计算出来的变轨窗口非常严格，实现起来难度不小。

变轨在技术上难度不小

卫星的有效载荷能力有限即便耗尽燃料也仅能提供较小变轨能量

即便不考虑成本因素，变轨在技术上难度也不小。以此次投入搜救的高分一号卫星为例，高分一号卫星使用了中国空间技术研究院的CAST-2000小卫星平台。根据中国空间技术研究院网站提供的信息：CAST-2000小卫星平台，质量200到400千克，有效载荷能力300到600千克。通俗来说，就是包括卫星燃料质量在内的平台本身最多只有400千克，而包括相机在内的载荷质量，可达300千克以上。即使高分一号卫星为机动变轨携带了高达200千克的燃料（事实上这是不可能的），假设发动机比冲315秒，这些燃料全部耗尽也仅能提供不到1040米/秒的速度变量。这个机动能力看似乎不少，但要用于灵活机动变轨还远远不够。