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|議史紀(jì)
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半個世紀(jì)前就同地球失聯(lián)的衛(wèi)星竟然復(fù)活了,在軌道上飄了幾十年,突然又開始朝地球發(fā)射信號。
很多人第一反應(yīng)是:老衛(wèi)星還能自己“復(fù)活”,挺有意思,技術(shù)真牛。真正負(fù)責(zé)任的航天機構(gòu)卻高興不起來。
因為被它喚醒的,不只是一個型號叫 LES-1 的老家伙,而是一整套被拖到今天都還沒徹底解決的問題。
這個失聯(lián)四十余年的衛(wèi)星為何突然恢復(fù)正常了呢?究竟是誰在影響衛(wèi)星的信號?難不成真有外星人?
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僵尸衛(wèi)星,冷戰(zhàn)邊角料
現(xiàn)在在軌道上時不時冒泡的那點信號,其實來自一臺在1960年代就已經(jīng)擠進發(fā)射排期的小實驗品。
冷戰(zhàn)膠著的時候,美國空軍和麻省理工的林肯實驗室湊在一起,搞了一個“林肯實驗衛(wèi)星”系列,說白了就是給新通訊技術(shù)找個太空試驗場。
LES-1就是這個系列打頭陣的,個頭不大,大約三十厘米見方,重量三十多公斤,外觀看著像個方盒子,但在當(dāng)年已經(jīng)算是前沿科技的載體。
這顆衛(wèi)星的主任務(wù)很直接:測試X波段通訊,讓美國跨洋跟歐洲盟友通話更穩(wěn)更安全,別動不動就被干擾、被偷聽。那會兒的想法也不復(fù)雜,先把東西送上去,成沒成再說。
問題恰恰出在那次發(fā)射上。火箭電路接線出現(xiàn)故障,第三級根本沒按計劃分離,衛(wèi)星被死死黏在殘余火箭上,軌道高度直接卡在兩千七百公里附近,變成一條近乎圓形的錯誤軌道。
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這種失敗在冷戰(zhàn)高強度發(fā)射節(jié)奏下并不算大新聞,當(dāng)時的思路是:試錯、再試錯,能用就繼續(xù),失效就當(dāng)經(jīng)驗。
剛上天的那段時間里,LES-1的表現(xiàn)還算爭氣,確實給地面發(fā)了不少測試信號,證明X波段的路子沒走歪。但后面姿態(tài)控制徹底失控。由于火箭殘骸掛在身上,重心和轉(zhuǎn)動狀態(tài)都被打亂,衛(wèi)星開始緩慢翻滾。
林肯實驗室和空軍地面團隊試著遙控修正姿態(tài),各種指令打上去,就是壓不住翻轉(zhuǎn)。再往后,通訊信號開始斷斷續(xù)續(xù),到了1967年前后,鏈接徹底中斷,LES-1正式從“實驗衛(wèi)星”降級成“無響應(yīng)目標(biāo)”。
在那個發(fā)射頻率“跟下餃子差不多”的年代,一顆失敗的試驗星被丟在軌道上,幾乎沒人覺得這是什么原則問題。
檔案封存,狀態(tài)標(biāo)記為“失效”,工程團隊把精力轉(zhuǎn)向后續(xù)型號——LES-5、LES-8、LES-9陸續(xù)上陣,頻段改成更好用的UHF,供電也開始嘗試放射性同位素?zé)犭姍C,規(guī)避太陽能板姿態(tài)和陰影的問題。
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十幾年、二十幾年、三十幾年,地球上的航天力量從冷戰(zhàn)對抗走到多極競爭,各國衛(wèi)星越發(fā)越多,軌道開始越來越擠,“太空垃圾”這個詞逐漸出現(xiàn)在國際文件里。
等到軌道安全開始成為全球議題時,這顆當(dāng)年被一筆帶過的小試驗星,已經(jīng)悄悄在天上待了大半輩子。
所謂“復(fù)活”,其實是拖延了半個世紀(jì)的技術(shù)
2012年底,地球突然收到一串奇怪信號。
那時候,天上的主角已經(jīng)換了一大茬:國際空間站在忙著輪換乘組,中國在往太空送神舟飛船和空間實驗室,歐洲衛(wèi)星在跑測繪與導(dǎo)航,美國商用航天剛露頭,全球高軌、低軌都相當(dāng)熱鬧。
業(yè)余無線電愛好者也沒閑著,經(jīng)常用軟件定義無線電在各個頻段上蹲守,基本就是在太空“撿聲音”。
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2012年12月18日,英國康沃爾郡的一位業(yè)余玩家,在237兆赫附近掃頻時,捕捉到一串每四秒循環(huán)的脈沖,強弱起伏像在跟人做無聲的手勢。
他記錄下來,跟圈內(nèi)同好一對,對上了歷史資料:頻率、調(diào)制方式、軌道航跡全都對上號,源頭竟然就是那顆1965年從卡納維拉爾角發(fā)射、1967年就被判定失效的LES-1。
也就是說,這個“僵尸衛(wèi)星”在太空飄了將近46年,突然又開口說話。
那一刻,對無線電圈來說是一件很有成就感的事情,對航天工程師又是另一種感覺。因為這意味著,一顆早已被放棄管理的老衛(wèi)星,在一個誰也沒預(yù)料的時間點,以完全不受控的方式重新出現(xiàn)在頻譜里。
而且后續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn),LES-1大約每九十分鐘繞地球一圈,只在陽光照射到機身特定角度時釋放信號,翻滾造成的多普勒變化,在頻譜圖上拉出明顯傾斜的線條。
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這已經(jīng)不是單純的“老物件會發(fā)光”,而是一個活生生的工程現(xiàn)實:
它還在,人類沒辦法叫它下來。
說“復(fù)活”,聽上去有點戲劇化,從工程視角看,LES-1不過是換了一種方式繼續(xù)暴露自己的存在。
它發(fā)出的那點能量,不足以承擔(dān)任何有效通訊任務(wù),卻足夠讓整個航天圈認(rèn)真討論一個尷尬問題:這些幾十年前發(fā)射上去的東西,當(dāng)初沒有想過它們老了會怎么辦,現(xiàn)在統(tǒng)統(tǒng)需要補課。
先看最關(guān)鍵的一點:能源。
從常識來講,一顆1960年代的實驗衛(wèi)星,太陽能板早就經(jīng)歷過無數(shù)次熱脹冷縮和高能粒子沖擊,蓄電池循環(huán)壽命更撐不了那么久,那為什么LES-1還能在2012年、2013年、乃至之后幾年時不時冒出一點信號?
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技術(shù)團隊翻出了當(dāng)年的設(shè)計資料,把電路拓?fù)浜凸╇娊Y(jié)構(gòu)重新梳理了一遍。LES-1本來是由太陽能板給蓄電池充電,再由蓄電池穩(wěn)定給發(fā)射機和控制系統(tǒng)供電,中間有一層溫度保護,當(dāng)溫度過低時會切斷電源,避免設(shè)備損壞。
這個設(shè)計在當(dāng)年勉強算先進,但在幾十年的空間環(huán)境折騰之后,絕緣材料老化、焊點疲勞、器件內(nèi)阻變化,這些慢動作積累在一起,很容易導(dǎo)致某個位置出現(xiàn)固化短路。
結(jié)果就是原本應(yīng)該有一整套“電池—控制—負(fù)載”的路徑,被削成了“太陽能板—發(fā)射機”的粗暴直連。
只要機身翻轉(zhuǎn)到讓一面板正對太陽,瞬時電流就會涌入發(fā)射機,發(fā)出一小段信號;等翻到背光區(qū)域,供電立刻消失,一切恢復(fù)沉寂。
四秒的周期來自翻滾節(jié)奏,陽照段與陰影段在地面表現(xiàn)成一明一暗的信號波形,像在給地球做莫爾斯燈光測試。
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那種“任務(wù)結(jié)束后就丟在那兒”的思路,在冷戰(zhàn)時期并不孤立,不止美國,蘇聯(lián)也留下了大量類似遺留物。
區(qū)別只是,這一次,運氣讓LES-1重新跳上了雷達屏幕,讓整個行業(yè)不得不承認(rèn):早期那種粗放式發(fā)射,欠下的是標(biāo)準(zhǔn)意義上的“技術(shù)債”。
雖然LES-1的發(fā)射功率有限,但它依然占據(jù)了特定頻率上的一小片資源。現(xiàn)代衛(wèi)星通訊系統(tǒng),尤其是軍民用混合頻段,本來就需要精確協(xié)調(diào),任何未知來源的射頻噪聲都是隱患。
老衛(wèi)星頻繁“詐尸”,不光超出了最初的設(shè)計預(yù)期,也影響了后來的頻譜規(guī)劃。換句話說,一臺已經(jīng)被寫進“歷史”的機器,通過這樣的方式提醒后來者:規(guī)劃不周,會給后面幾十年持續(xù)添亂。
新的衛(wèi)星任務(wù)越來越強調(diào)退役路徑,有推進系統(tǒng)的要預(yù)留燃料,在壽命結(jié)束后逐步降低軌道,進入大氣燒毀;沒有推進系統(tǒng)的,盡量壓低初始高度,讓自然阻力在合理時間內(nèi)拖拽脫軌。
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中國在這方面的做法就比較典型,新一代衛(wèi)星和火箭級在設(shè)計之初就把末期處置納入指標(biāo)考核,減少長時間占位和碎片產(chǎn)生。對比之下,早年美國、蘇聯(lián)那一波“先打上去再說”的遺留物,注定需要全球花更長時間來消化。
于是,LES-1看似有點傳奇色彩的“復(fù)活”,實際成了舊時代工程觀念的一面鏡子:當(dāng)年留下的東西還在天空里打轉(zhuǎn),把問題延長到了今天。人類高興不起來的真正原因,是意識到類似的故事根本不止這一件。
高興不起來,是因為知道麻煩才剛開始
把視角從這顆老小方塊挪開一點,會發(fā)現(xiàn)整件事最讓人不安的地方,其實在數(shù)量級和時間軸上。
LES-1只是一個被點名的例子,軌道上靜默漂浮的“同類”還有太多,只是多數(shù)沒有這么強戲劇感。它們沒有突然發(fā)信號,但也同樣沒有消失,只是安靜待在那一圈圈看不見的軌道里,慢慢積累風(fēng)險。
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后來的觀測發(fā)現(xiàn),并不是只有LES-1在搞“隔空問候”。
2020年前后,另一個叫LES-5的老衛(wèi)星也被業(yè)余無線電愛好者捕捉到信號,模式極其相似:早年任務(wù)結(jié)束被判失效,幾十年后在陽照條件下短暫激活,同樣沒有任何姿態(tài)控制,也沒有任何應(yīng)用價值,只剩一個結(jié)果——繼續(xù)占用軌道,繼續(xù)成為潛在碰撞目標(biāo)。
LES系列只是美國冷戰(zhàn)時期眾多軍用實驗衛(wèi)星中的一條支線,在它之外,還有大量早期導(dǎo)航、預(yù)警、偵察、通訊平臺遺留在高空。
從空間站到導(dǎo)航網(wǎng),再到氣象和遙感衛(wèi)星,現(xiàn)在在軌正常運行的目標(biāo)本身數(shù)量就很龐大,還要疊加上一整套太空垃圾。
早年留下的僵尸衛(wèi)星,既沒有預(yù)留推進系統(tǒng)燃料,也沒有設(shè)計退軌程序,要把它們主動拖下來,需要的是專門的清理技術(shù):拖船衛(wèi)星、機械臂捕捉、帆板制動等等。
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但這些方案受限于成本、風(fēng)險和國際協(xié)調(diào),目前都處在試驗和示范階段,離“規(guī)模化清掃”還有不小距離。
在這種情況下,每一顆像LES-1這樣被重新確認(rèn)存在感的老衛(wèi)星,都相當(dāng)于給未來清理任務(wù)又增加了一行清單。
軌道是共用的,只要在高空轉(zhuǎn)圈,不管哪國打上去的東西,出事故時的波及范圍都可能是全球的。
站在今天的時間點往前看,各國已經(jīng)不得不面對一個共識:太空這一層環(huán)境,已經(jīng)從“誰搶到誰用”變成“大家誰都不能折騰過頭”。
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