惊险!人类第一次在太空中徒手抓卫星

作者:朱磊来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-10-12

1992年5月,三名美国宇航员在营救一颗卫星时上演了惊人一幕:他们没有使用机械臂,而是徒手抓住了卫星!

  1992年5月7日,美国“奋进号”航天飞机载着七名宇航员向着太空浩浩荡荡地进军了。这是“奋进号”的首次飞行,谁知它进入太空后,便开始对一颗卫星穷追不舍。经过三天的辛苦奔波,“奋进号”终于追上了同向飞行的卫星。不久,宇航员皮埃尔·索特从舱内走出,缓缓移动到机械臂顶端的平台上。紧接着,舱内的宇航员小心翼翼地操控机械臂,让索特逐渐靠近卫星底部。

图1 - 孤军奋战的皮埃尔•索特(图片来源:www.capcomespace.net)

孤军奋战的皮埃尔•索特(图片来源:www.capcomespace.net)

  要知道,当时“奋进号”与卫星同时在360公里的高度上以28000公里的时速高速飞行,而距离却仅有15米!如此危险的情况下,宇航员为何要出舱靠近卫星呢?事儿还得从头说起。

1、 “小六”上天

  话说上世纪八十年代,面对全球迅猛增长的通信业务,国际通信卫星组织决定向太空发射新卫星以接替有些落伍的“国际通信卫星5号”。新卫星顺理成章地被命名为“国际通信卫星6号”,我们就称它“小六”吧。

  按计划,首批将研制5颗“小六”,均为自旋稳定卫星,直径3.6米,高11.7米,设计寿命13年,每颗卫星可同时中转12万条电话线和3个电视频道。无论是个头、体重还是通信容量,“小六”在当时都是首屈一指。

图2 - 国际通信卫星6号(图片来源:imgur.com)

 国际通信卫星6号(图片来源:imgur.com)

  最初,人们打算采用美国的航天飞机或欧洲的“阿丽亚娜4号”运载火箭作为“小六”的座驾。可不承想,1986年1月28日,“挑战者号”航天飞机在升空后不幸爆炸,用航天飞机发射卫星的计划随即被搁置下来,只剩下“阿丽亚娜4号”可以使用。国际通信卫星组织深知鸡蛋不能全放在一个篮子里的道理,于是又给“小六”配备了美国的“大力神3号”运载火箭。

图3 - “小六”的座驾之一:“阿丽亚娜4号”运载火箭(图片来源:www.astronautix.com)

 “小六”的座驾之一:“阿丽亚娜4号”运载火箭(图片来源:www.astronautix.com)

  1989年10月27日,“阿丽亚娜4号”不负众望,成功将第一颗“小六”运送到了目的地。翌年3月14日,是第二颗“小六”上天的日子,这次护送它出征的是“大力神3号”。正当观看发射直播的吃瓜群众仍沉浸在火箭升空的壮观景象中时,指挥中心里的航天专家们却个个心急如焚,监控数据显示,火箭的第二级未与上面级和卫星的组合体分离!

  原来,“大力神3号”可携带一颗或两颗卫星,两种发射模式均采用同一型号的导线传输计算机发出的分离信号,该导线既可安装在卫星前部也可安装在卫星后部。这次只发射一颗卫星,负责软件的人员认为导线应放在卫星前部,并据此设计了相应的分离信号软件,而负责硬件的人员却认为导线应布置在卫星后部。悲催的是,软件人员和硬件人员缺乏有效沟通,导致软件和硬件不合拍,最终使得星箭分离失败。

图4 - “小六”的座驾之二:“大力神3号”运载火箭(图片来源:en.wikipedia.org)

 “小六”的座驾之二:“大力神3号”运载火箭(图片来源:en.wikipedia.org)

  就这样,“小六”被遗落在了近地轨道上。不幸中的万幸是,“小六”没有遭受任何损害,身体依旧棒棒哒,而且仍然听从地面控制指令的调遣。地面人员迅速启动了“小六”身上的推进器,让它进行轨道机动,从较低的近地轨道爬升到近地点259.3公里,远地点407.4公里,周期91分钟的轨道上。在这条轨道上,没有完成任务的“小六”虽然孤独,却无需担心进入大气层化为灰烬。

图5 - 孤独的“小六”(图片来源:NASA)

 孤独的“小六”(图片来源:NASA)

2、 救兵来也

  “小六”的发射失败,让国际通信卫星组织蒙受了数亿美元的损失,不过,人们对通信的迫切需求摆在眼前,必须尽快解决。如果重新发射一颗卫星,不仅需两年时间,还要近三亿美元的发射费用,国际通信卫星组织与NASA(美国国家航空航天局)的专家们协商后认为,与其如此,倒不如对“小六”进行回收和重新发射,尽管这样亦需两年时间,但花费却足足少了三分之二。

  1990年6月,营救“小六”的方案出炉了,NASA决定派宇航员乘坐“奋进号”航天飞机进入太空,用机械臂捕捉“小六”并送入航天飞机舱内,给它换上新的上面级后直接送入轨道。为此,研制人员对“奋进号”做了一些重要改进,比如增加附加燃料箱以延长飞行时间,同时对主发动机、导航系统和电子系统也做了改善。为完成艰巨的太空任务,宇航员们也进行了为期近两年的模拟训练,他们在水中模拟零重力环境,用机械装置和一颗与“小六”相仿的卫星练习营救卫星的操作。

图6 - 出征前的“奋进号”航天飞机与七名宇航员(图片来源:en.wikipedia.org)

 出征前的“奋进号”航天飞机与七名宇航员(图片来源:en.wikipedia.org)

  1992年5月7日,“奋进号”出征了,于是就有了文章开头的紧张一幕。

图7 - 1992年5月7日,“奋进号”出发了!(图片来源:NASA)

1992年5月7日,“奋进号”出发了!(图片来源:NASA)

  出舱后的索特手里拿着一根长4.5米、重达72千克的捕捉杆,他要做的就是把捕捉杆插进卫星底部的结构环中,将“小六”固定在机械臂上。然而,在太空中一切都处于失重状态,航天飞机和卫星又在高速运行,雪上加霜的是,卫星还在以每五秒旋转一周的速度自转,因此想要操作机械装置变得十分困难。经过几个小时的鏖战,索特早已筋疲力竭,不仅一无所获,还使“小六”摇晃得更厉害。无奈之下,机长只好命令中止行动。

图8 - 皮埃尔•索特(图片来源:www.ebay.com)

 皮埃尔•索特(图片来源:www.ebay.com)

  次日,第二次营救开始了,索特再次站到机械臂顶端的平台上。可一番尝试后仍无法捉住“小六”,他略显沮丧地对同伴们说:“卫星转得太快了,我跟不上它!虽然我能感到捕捉杆碰到了它,但压根儿抓不住啊!”没办法,第二次营救行动又失败了。

图9 - 索特在试图固定“小六”(图片来源:www.capcomespace.net)

 索特在试图固定“小六”(图片来源:www.capcomespace.net)

3、 老铁们,用手吧!

  回到舱内后,索特重新打起精神,和伙伴们一起分析两次失败的原因。他认为宇航服在太空中比地面上坚硬,不但使他行动困难,还使知觉变差,这与他在水中的模拟训练完全不同,况且“小六”还是个大家伙,重达4吨多,仅凭一己之力实在难以驾驭。

  眼看着“奋进号”储存的燃料越来越少,NASA的专家和七名宇航员提出了一个大胆的方案:既然一个人搞不定,那就派三个人出舱,直接用手抓卫星!这项任务十分危险,一方面,如果三位宇航员步调不统一,会导致卫星及其内部燃料剧烈晃动,造成卫星损毁;另一方面,卫星的尖锐边缘很可能会划破宇航服,一旦宇航服上出现大于6毫米的裂口,宇航员便会因压力骤降而殒命。尽管险象环生,但返航日期迫在眉睫,只能放手一搏了。

  5月13日下午5点12分(美国东部标准时间),索特第三次走出航天飞机,和他一起出舱的还有宇航员理查德·希布、托马斯·埃克斯。他们首先在舱外安装了可供三名宇航员同时站立的固定装置,然后像三脚架一样互呈120度角站立,舱内的宇航员们随即操控“奋进号”慢慢接近“小六”,使宇航员们可以触摸到它。

图10 - 左:理查德•希布,右:托马斯•埃克斯(图片来源:en.wikipedia.org)

 左:理查德•希布,右:托马斯•埃克斯(图片来源:en.wikipedia.org)

  晚上7点59分,最紧张的时刻到来了!随着一声令下,三名宇航员几乎同时抓住了卫星。又经过一个多小时的搏斗,“小六”这个庞然大物终于稳定下来。希布瞅准时机,用一只手托着卫星,另一只手迅速将捕捉杆安装到卫星底部的结构环上。谁都没想到,最后一搏竟会如此顺利。

图11 - 索特、希布与埃克斯徒手抓“小六”(图片来源:www.reddit.com)【备注:此图为gif格式动图】

索特、希布与埃克斯徒手抓“小六”(图片来源:www.reddit.com)

  数小时后,“小六”被机械臂送回了“奋进号”舱内,宇航员们立刻对它进行检修,并换上了新的上面级。5月14日,焕然一新的“小六”从“奋进号”的发射台上徐徐脱离,并于7天后进入预定的地球同步轨道。时隔两年,“小六”终于开始发挥自己身为通信卫星的职能。

图12 - “小六”终于被捉拿归案并重新部署(图片来源:NASA)

 “小六”终于被捉拿归案并重新部署(图片来源:NASA)

  如今,“奋进号”和“小六”均已退役,然而,“天空未留痕迹,鸟儿却已飞过”,宇航员们百折不挠、不畏艰险,第一次在太空中徒手抓获和修复卫星的壮举,早已成为人类航天史上的佳话被载入史册。

视频

视频分享:奋进号首飞行,捕获并重新部署国际通信卫星

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  参考文献:

  [1] 张为,迎夏. 国际通信卫星6号和大力神3火箭分离失败[J]. 国外空间动态,1990(6):25.

  [2] https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=1990-021A.

  [3] 沈青. 国际通信卫星6号的主要设计特点[J]. 国外导弹与宇航,1982(11):39-41.

  [4] 纪实,张希舜. 国际通信卫星组织决定营救国际通信卫星6号F3[J]. 国外空间动态,1990(9):12.

  [5] 费雅佳. 国际通信卫星6卫星已全部入轨[J]. 中国航天,1992(10):29-31.

  [6] 刘登锐. 奋进号在太空拯救卫星[J]. 质量与可靠性,2002(5):48.

  [7] https://science.ksc.nasa.gov/shuttle/missions/sts-49/sts-49-press-kit.txt.

 

 

 

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