我國構建地月空間三星星座，背後上演驚險「太空衛星極限救援」

中國深空探測正在走向更遠、更深的新階段。「地月空間DRO探索研究學術研討會」4月15日舉辦，記者從會上獲悉，由中國科學院A類戰略性先導專項「地月空間DRO探索研究」部署研製的DRO-A/B兩顆衛星，在抵達並駐留地月空間「遠距離逆行軌道（Distant Retrograde Orbit，簡稱DRO）」後，已與先前發射的DRO-L近地軌道衛星建立起星間測量通信鏈路。

這標誌著我國已成功構建國際首個基於DRO的地月空間三星星座，並取得多項原創性成果，為我國開發利用地月空間，引領空間科學前沿探索奠定了堅實基礎。

連接地球、月球、深空的「十字路口」

據中國科學院空間應用中心研究員王文彬介紹，目前大部分航天器都是在距離地球表面3.6萬公里以內的近地軌道運行。地月空間是從近地軌道、近月軌道向外拓展的新空域，距離地球最遠可達200萬公里；相對近地軌道空間，其三維空間範圍擴大上千倍。

遠距離逆行軌道（DRO）是地月空間中一類三體動力學軌道，順行繞地、逆行繞月。「三體指的就是航天器、地球和月球。地球和月球質量比是81:1，在太陽系空間從來沒有這樣的質量比，最小的質量比是10000:1，由於地球、月球的質量具有一定的可比性，它們和航天器可以形成非常好的三體動力學環境。」他說。

DRO距離地球約31-45萬公里，距離月球約7-10萬公里，其位於地月空間的勢能高地，是連接地球、月球、深空的「十字路口」，是地月空間的天然良港。

就如通過航海發現新大陸、利用空氣動力實現洲際飛行、利用火箭進入太空一樣，地月空間DRO有望成為空間科學探索的新空域、部署空間應用基礎設施的新高地、支持載人深空探索的新起點，因此已經受到各航天大國的高度關注。

「經過多年的研究，我們總結出DRO的三個獨特屬性。」他說，一是「低能入軌」，借助日月引力助推，航天器進入DRO軌道所需燃料較少。二是「穩定停泊」，空間大部分軌道都不穩定，微小的擾動會造成變化，無法形成有界性的軌道。而DRO軌道預計可以達到百年穩定。三是「全域可達」，DRO處於引力高地，很容易進入其他的地月空間軌道。

衛星未進入預定軌道，「極限救援」上演

2024年2月3日，該先導專項首顆試驗衛星DRO-L，成功進入太陽同步軌道，並正常開展相關實驗。

2024年3月13日，DRO-A/B雙星組合體在西昌衛星發射中心發射升空。運載火箭一二級飛行正常，但由於上面級飛行異常，衛星未能準確進入預定軌道。面對突如其來的變故，工程團隊處變不驚，立即開始了一場驚心動魄的太空「衛星極限生死救援」。

根據地面測控站捕獲到時斷時續的衛星遙測數據分析判斷，DRO-A/B衛星組合體以200°/秒的速度快速翻滾。中國科學院微小衛星創新研究院張軍研究員說。

工程團隊迅速製定應急處置措施：緊急上注姿態控制命令、有效實現速率阻尼、建立太陽翼對日姿態、成功實現星上蓄電池充放電平衡……7個小時後，經衛星遙測數據分析判斷：DRO-A衛星太陽翼可轉動但無法鎖定，DRO-B衛星太陽翼既無法轉動，也無法鎖定；只能通過定期調整衛星組合體姿態，使兩個衛星都能利用太陽光充電，維持衛星能源安全。

衛星能源安全問題解決後，工程團隊又開始直面衛星入軌高度嚴重不足的難題。經遙測分析，DRO-A/B實際進入的初始軌道遠地點高度僅為13.4萬千米，遠低於預先設計的30萬千米。

3月18日和23日，工程團隊成功實施兩次近地點軌道機動補救控制，DRO-A/B衛星高度被相繼抬高到24萬千米、38萬千米，越過「死亡線」。

7月15日，DRO-A/B衛星成功實施DRO入軌機動，準確進入預定任務軌道。在發射出現異常情況下，DRO-A/B衛星歷經123天飛行，航程超過800萬千米，終於進入預定軌道，為後續的衛星載荷在軌測試，提供了基本保障和有效支撐。

我國啟動地月空間DRO探索

2024年8月28日，工程團隊開展了大膽細緻的遠程操控，使DRO-A/B衛星組合體成功分離，且處於同軌編隊伴飛狀態。分離30分鐘內，雙星互相拍照，科研人員對衛星太陽翼受損情況有了清晰瞭解。更為重要的是，技術指標顯示，分離後，雙星能源平衡，平台及載荷工作正常。飛控大廳內頓時響起一片歡呼！

8月30日，工程團隊一鼓作氣，三顆衛星兩兩之間成功構建K頻段微波星間測量通信鏈路，驗證了三星互聯互通的組網模式。至此，全球首個基於DRO的地月空間三星星座成功實現在軌部署。

據中國科學院空間應用中心副主任王強研究員介紹，該先導專項已經推動地月空間DRO探索研究取得了一系列實質性突破。

「比如在國際上首次實現航天器DRO低能耗入軌。」他說，人們常說基礎研究要「坐冷後備」「10年磨一劍」，而他們的科研團隊「磨了20年」。這20年，科學家敢為人先、甘守寂寞、無懼挫折、集智攻關，他們辦公室里儲備最多的就是泡麵、火腿腸和礦泉水。

在多年地月空間航天動力學與空間探索研究基礎上，中國科學院空間應用中心科研團隊創新性提出以更長飛行時間換取更大載荷重量和應急處置富裕度的設計理念，並在該先導專項中得到驗證，最終消耗傳統手段五分之一的極少燃料，即完成了地月轉移及DRO低能耗入軌，這是我國航天器首次實現低能耗地月轉移。「這一突破顯著降低了地月空間進入成本，為大規模地月空間開發利用開闢了新路徑。」

同時，在國際首次驗證地月空間衛星跟蹤衛星定軌導航新質能力。隨著三星互聯組網成功，我國成功驗證了衛星跟蹤衛星的天基測定軌新體制，在軌衛星3小時星間測量數據，即實現了傳統方式2天跟蹤測量數據的定軌精度。這一突破顯著降低了地月空間航天器運行成本，為航天器高效運行開闢了新路徑。

據與會科研人員披露，DRO-B衛星已於2025年3月底開始實施地月巡航機動任務，正在向共振軌道可控轉移。「科研團隊在時間緊任務重和發射異常的情況下，獲得了低能地月軌道設計、軌道重構、衛星能源風險管控等方面的實踐經驗，為我國發射部署更多的地月空間航天器，積累了寶貴的理論方法和工程經驗。」王強說。

未來，我國科研團隊將進一步研究地月空間複雜多樣的三體軌道問題，認識和掌握地月空間環境演化規律；利用DRO長期穩定性，部署E-18量級的原子光鍾，支持量子力學、原子物理等領域基本科學問題研究，開展廣義相對論更高精度的驗證等。

新京報記者 張璐

編輯 樊一婧 校對 劉軍