6年前中国曾进行紧急太空营救！北斗一颗卫星出问题，13天救回来

10月8日，正值中国航天事业创建70周年，央视披露了一场发生在2020年3月的北斗卫星紧急营救事件。

当时，一颗已经发射升空的北斗卫星，在变轨过程中突然出现异常。发动机大喷管的喉部疑似烧蚀击穿，卫星姿态面临失控风险。如果处置不及时，问题可能进一步扩大，甚至引起整星故障。这颗卫星是北斗三号全球组网的倒数第二颗卫星，那时整个工程已经进入最后冲刺阶段。

西安卫星测控中心的王鑫与团队成员，通过重新设计变轨策略，让小发动机组合工作，经过13个昼夜的攻坚，最终使卫星安全定点。那么，当时究竟发生了什么？

2020年3月9日19时55分，长征三号乙运载火箭在西昌卫星发射中心升空，将北斗系统第54颗导航卫星送入预定轨道。这颗卫星是整个北斗系统发射的第54颗导航卫星，同时也是北斗三号第29颗组网卫星、第2颗地球静止轨道卫星。因此，它被称为北斗三号GEO-2卫星。

发射成功之后，GEO-2卫星还需要完成变轨、测试和评估，才能正式加入系统提供服务。对于这类高轨道卫星而言，火箭把它送进预定的初始轨道，只完成了任务中的一个重要环节。

央视此次披露的险情，就发生在卫星第二次变轨期间。当时，北斗三号全球组网已经走到最后阶段。这颗卫星能否顺利就位，关系到既定星座部署，也关系到后续测试、评估和系统开通工作的安排。

就在这个时候，GEO-2卫星出现了意想不到的问题。

GEO-2卫星出现发动机喉部疑似烧穿，会让其姿态失控。轨道描述卫星沿什么路径飞行，姿态描述卫星朝向哪里。两者在发动机工作期间紧密关联，因为卫星必须以正确的朝向，把推力施加到需要的方向。

发动机喷管的喉部，是喷管截面积最小的部位。高温燃气从燃烧室进入喷管，经过喉部，再向扩张段流动，形成高速喷流。喷管的结构与气流状态，共同影响发动机的推力。

这个部位一旦出现异常，就可能破坏原有的工作状态。尤其是疑似烧蚀击穿，意味着燃气可能不再完全沿设计通道流动，推力大小或方向也可能发生变化。从一般控制原理看，异常的受力还可能带来额外的转动力矩，使卫星偏离原本的朝向。卫星一边改变姿态，一边继续点火，实际获得的速度变化就可能越来越偏离计划。

王鑫在央视报道中回忆，团队最终把故障定位到发动机大喷管喉部靠近上游的位置，判断存在类似烧蚀击穿的情况。面对异常，她下达了发动机紧急关机指令，随后带领团队排查问题。这一步非常关键，继续使用异常发动机，可能使问题进一步扩大。及时关机，则为故障判断和重新规划争取了条件。

姿态稳定还关系到太阳翼受光、天线指向和设备工作环境。如果偏离超出允许范围，供电、通信等环节也可能受到影响。救援首先要解决的就是让卫星保持可控制、可通信的状态。只有地面仍能获得数据、发送指令，后续变轨方案才有执行的基础。

这颗卫星最终要进入地球静止轨道，其高度约为地表以上35786公里。地球静止轨道位于赤道上空，卫星沿地球自转方向运行，绕行周期与地球自转周期一致。从地面观察，它大致停留在同一个方向。这里的静止，是相对于地面的静止。

要达到这种状态，卫星需要同时满足高度、轨道形状和轨道平面等条件。只达到某个高度，还不足以完成任务。高轨道卫星常由火箭送入椭圆形转移轨道，再利用自身发动机调整轨道。典型情况下，在远地点附近实施适当加速，可以抬高近地点，使轨道逐渐接近目标圆轨道，同时还可能需要调整轨道倾角。

因此，变轨需要火箭发动机在合适的轨道位置，沿合适的方向，施加经过计算的速度变化。原有主发动机无法继续按计划使用，意味着原来的点火安排不能实施。即使小发动机能够产生推力，团队也要重新计算如何利用这些推力，把卫星送到正确位置。

最终的安全定点还有更细致的要求，卫星需要进入预定经度附近，控制相对地面的漂移，并保持符合任务要求的轨道状态。完成抬升之后，仍有后续调整工作。所以地面团队面对的是一颗已经在轨飞行、主要变轨手段出现异常的卫星，必须利用现有设备重新完成整套轨道控制任务。

王鑫提出的办法，是利用小发动机组合工作，替代原有变轨手段，把卫星轨道抬升到地球静止轨道。虽然小发动机推力小，但只要能在允许条件下持续、准确地工作，也可以累积出所需的速度变化。

不过，小发动机的安装位置和喷气方向各不相同。多个发动机一起工作，合力未必正好朝向需要的方向，还可能产生额外的转动力矩。团队必须设计组合方式，让有效推力服务于变轨，同时把姿态扰动控制在允许范围内。

央视披露，王鑫和团队成员经过13个昼夜的努力，最终让这颗卫星安全定点。

北斗三号采用混合星座设计，完整组网星座由24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星组成，不同轨道承担相互配合的任务。

2020年6月23日，北斗三号最后一颗组网卫星发射升空。同年7月31日，北斗三号全球卫星导航系统正式建成开通。从北斗一号服务中国，到北斗二号服务亚太，再到北斗三号服务全球，持续多年的建设终于取得标志性成果。