7月3日,一颗名为LINK的小型航天器从地球发射升空,带着一项几乎不可能完成的任务:去推动已经在太空漂泊22年的Swift天文台,将它送入更稳定的轨道。然而升空后不久,地面控制团队看到的画面让所有人都倒吸一口凉气——LINK没有奔向目标,而是在太空中疯狂翻滚,与地面的通讯也变得断断续续。
按照美国国家航空航天局(NASA)随后发布的声明,这艘航天器“遭遇了姿态控制问题,导致航天器旋转并造成通讯时断时续”。初步调查显示,LINK搭载的三台反作用轮中有两台已经无法工作,冷气推进器系统也出现部分功能丧失。反作用轮是靠高速旋转的飞轮来调整航天器姿态的关键部件,而冷气推进器则负责更精细的位姿修正,两套系统同时出问题,几乎判了这次救援任务的死刑。
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这次任务从一开始就被贴上了“极高风险”的标签。Swift天文台是一台专门用来捕捉宇宙中最剧烈爆炸——伽马射线暴的空间望远镜。它在2004年发射,设计寿命不过几年,却硬撑了二十多年。由于长期在低地球轨道运行,稀薄大气的阻力让它逐渐减速、掉高,如果不加干预,几个月内就会坠入大气层烧毁。而Swift是目前唯一一台在轨道上能实时探测伽马射线暴的望远镜,一旦损失,天文学界将失去观测这些极端能量事件的关键窗口。
NASA给出的解决方案听起来颇有想象力:找一家商业公司造一台“太空拖船”,飞到Swift身边,用机械臂抓住它,然后点火把它推到更高的轨道。去年,NASA把这项价值3000万美元的合同交给了初创企业Katalyst Space Technologies。3000万美元在NASA的预算里只算零头,毕竟重返月球的阿尔忒弥斯计划动辄上百亿美元。也正因为成本并不高,NASA的态度从一开始就很实际:哪怕失败,也值得尝试。
在LINK发射之前,NASA天体物理部门主任肖恩·多马加尔-戈德曼就说过:“从项目推进的角度看,我已经把这视为一次成功,仅仅因为我们要去做这件事本身就很有价值。”这种“成全一次尝试”的底气,也源于Swift本身已经远超服役期限,就算不救,它的使命也早已超额完成。但问题在于,失控旋转的LINK现在本身成了一个巨大隐患。
一颗高速自旋的航天器在Swift附近游荡,就像一辆翻着跟头的大卡车在精密仪器旁边横冲直撞。即便Katalyst公司正在全力想办法让LINK停下来,再评估是否还能继续执行变轨任务,但目前的情况已不只是“能不能救”的问题,而是“会不会把问题弄得更糟”。太空交会对接需要极其精细的姿态控制,一个连自己都稳不住的航天器,根本没有条件去触碰任何其他物体。
让地面团队稍感安慰的是,LINK的其他子系统仍然在工作,意味着他们还能与航天器建立联系,传输指令。这就像一辆发动机还能转、刹车和方向盘却全部失灵的汽车,虽然勉强能打着火,但想把它开到目的地几乎不可能。Katalyst公司的工程师们正试图利用仅剩的那台好用的反作用轮和还能勉强工作的推进器,一点点把旋转速度降下来。这需要极高的控制精度和极大的耐心,而时间并不站在他们这边——望远镜轨道衰减的速度不会等人。
Swift望远镜在这二十多年里催生了超过两万篇科学论文,几乎改写了人类对伽马射线暴起源的认知。它首次证实了短时标伽马暴来自中子星并合,又在2017年与引力波探测器协同观测,开启多信使天文学时代。这次推进任务如果失败,不仅损失一台传奇设备,也意味着在更先进的伽马暴探测卫星“COSI”升空之前,将出现长达数年的观测空白期。
Katalyst公司开发的LINK原本是标准化太空服务平台,设计目标是能对各种卫星进行在轨加注、维修和轨道转移。为Swift执行助推本是它最有标志性的一次任务,也是商业太空拖船概念第一次应用在科学卫星上。如果成功,它可能开启一个小众但利润丰厚的新市场:为老旧但仍有科学价值的天文台续命。但失控旋转的意外,把这个行业前景暂时打上一个大大的问号。
目前NASA和Katalyst都还没有给出明确的下一步时间表。工程师们优先解决的是稳定姿态,这是一个极其繁琐的流程:先通过地面模拟确定剩余推力器和飞轮的最优组合,然后以极小的脉冲一点点测试航天器的响应,防止脉冲过大反而加剧旋转。哪怕一切顺利,让LINK从剧烈翻滚恢复到平稳指向也需要数周时间。到那时,Swift的轨道高度又会下降数公里,留给变轨的燃料预算更加紧张。
这起事件还引发了另一个很少被讨论的问题:低地球轨道的“临终关怀”。目前有数千颗现役或废业卫星拥挤在几百公里的高度上,其中不少还具备科学或商业价值,但因缺乏燃料或动力逐渐失能。太空拖船原本被视为可持续太空运营的解决方案,但LINK的困境证明,在太空中做任何机械动作,远比在地面上想象的要脆弱。一个微小的推进器异常、一次飞轮卡滞,就可能让投资数千万美元的任务归零。
不过,对参与这个项目的科学家和工程师而言,他们更愿意用长线视角看待这次挫折。多马加尔-戈德曼在任务前就表达了充分的心理准备:“哪怕没有救成,我们也学到了在轨服务的经验。”从首次尝试的在轨卫星加注,到主动移除太空垃圾,每一次摔跤都让工业界更清楚哪里会滑。LINK失控的数据已经被全部传回地面,未来用于反作用轮冗余设计和推进器故障保护逻辑的改进,这本身就是传统任务不会产生的知识。
而对于Swift来说,它还在安静地沿着越来越低的轨道画圈,继续接收那些远在数十亿光年外传来的伽马射线光子。地面控制中心仍在照常上传观测计划,仿佛几个月后那场不可避免的烈火焚身从未被列入日程。或许这就是空间科学的常态:把一切用到极致,在终点到来之前多收集哪怕一个宇宙信号。至于救援能不能来,望远镜不会关心;它只需在执行完最后一段指令后,带着没耗尽的科学数据,化作一颗流星。
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