史上最牛X的軌道專家:借顆衛星玩玩

2020-12-16 快科技

話說,今天事兒君要說的,是一個宇航太空界的傳奇老爺爺的故事。

這個故事裡會有一些航天方面的知識。我會儘量用簡單的語言講述的。

他叫Robert Farquhar,之前在美國NASA工作了幾十年,參與了很多太空探測項目。

他最擅長的,就是衛星軌道的計算。別人都說,他能把任何飛船送入人們想要送去的任何地方。他就是「軌道計算的大師」。

在NASA裡工作過的人都認識Robert, 都覺得他是全NASA最聰明的人。他計算的軌道永遠是對的。別人的不可能在他的手裡都能成為現實。

他的想法永遠有很多,NASA裡幾乎每個人都有被Robert拉到一旁,然後被Robert推銷他的古怪想法的經歷。

而且,他的很多奇思妙想,總能奏效。

而在Robert職業生涯裡最傳奇的一次經歷,還要從當年直接「借走」NASA的一顆衛星說起。

這顆衛星,叫國際日地探測衛星-3, 縮寫叫ISEE-3。

這是一顆主要用來探測太陽粒子的衛星。當時,主導這個衛星項目的,就是Robert。

這顆衛星被發射到了一個地球和太陽之間的L1拉格朗日點上的一個叫「光暈」 Halo的軌道上。在這條軌道上,衛星受到的太陽和地球的引力相抵消,不用耗費什麼燃料就可以在停留在地球和太陽之間相對靜止的運行。

這是人類歷史上第一顆被發送到L1拉格朗日點的衛星,而算出這條「光暈」軌道的人,就是Robert。

這條軌道,就是他當年的博士論文。

這個探測器在這個點上觀察太陽觀察了5年,衛星的使命也即將結束。

然而,在那個時候,全世界的宇航科學家們都在做一件事情:哈雷彗星。

那時,這顆全世界最著名的彗星馬上就要在1986年回歸地球(每76年才回歸一次)。

在那個太空競賽的年代,俄羅斯、歐洲和日本都爭相發射了彗星探測器,準備要在1986年探測哈雷彗星。這些彗星探測器提前幾年就開始向哈雷彗星飛奔,史稱: 哈雷艦隊。

然而,哈雷艦隊裡並沒有美國的探測器。

美國表示,彗星任務太花錢,他們不準備去探索。

然而,就在這樣的大環境下,突然有一天,Robert開出了新的腦洞。
 
我這顆衛星不是已經完成任務使命了嘛? 不如我直接讓他變個軌道,直接拿去探索哈雷彗星好了。我計算過了,完全可以去到! 

恩,他自己計算出了一個複雜的軌道。先讓這顆衛星返回地球,環繞N圈,利用月球的重力加速,去追趕彗星。

讓我們來感受一下他算出的這個軌道:

本來衛星一直穩定在1的位置,後來他讓衛星返回地球附近,環繞幾圈,利用月球引力加速,拐了3-4-5-6好幾圈,最後離開地球,在7的位置跟兩顆彗星相遇。

另一個動畫看是這樣的:

放到幾百年前,在牛頓或者克卜勒的年代。如果有任何一個然敢畫出這樣的軌道的人。都會受到毫不留情的取笑,因為這軌道中的一切,都不符合牛頓和克卜勒定律的基礎。

然而在他的計算和現代科技的結合下,這真的發生了。

他的想法提出後,還沒有得到NASA 100%的同意,他就開始了整個項目。既然木已成舟,NASA也只得由得他繼續做下去。

從此,這顆這顆ISEE-3衛星,正式改名叫 ICE(國際彗星探測器)。

在他一切精密的計算和計劃下。他成功了!

1985年的9月。在世界上其他所有國家發射的衛星到達哈雷彗星之前。這顆衛星就已經穿越並探測了一顆叫Giacobini-Zinner的彗星(正好在哈雷之前路過的另一顆彗星) 。

又在一年後的1986年,它探測了哈雷彗星。(他計算的一條軌道,正好能穿越兩顆彗星的慧尾)

就這樣,他的這顆衛星,不但成了世界宇航史上第一個探測彗星慧尾的探測器,還成為了第一個兩次探測兩顆不同彗星慧尾的探測器。

他靠他的這顆幾乎要退役的衛星,又一次贏得了太空競賽的勝利。

「我們打敗了所有國家,」Robert後來回憶說,「歐洲的航天局,俄羅斯的,日本的。」

連當時裡根總統也給他發來了祝賀信。

當時有不少還指望著這顆衛星繼續觀測太陽的科學家。曾經各種寫文章抨擊他,說是他「偷走了他們的這顆衛星」。

Robert當時回應說。那不叫偷。那叫借!借知道麼!

因為在完成探測彗星的任務之後。他又給衛星設定了一條軌道,讓它31年之後的2014年重新回歸地球。就這麼一條:

嗯。31年。

這一次。Robert第一次向世人展示了他真正的才能。之前大家只知道他牛,沒想到到他居然這麼牛。之前大家只是知道他鬼點子多,沒想到他真的能把這些鬼點子都實現。


Robert和他的妻子和女兒在ISEE-3衛星前的合影

在那之後,這顆衛星離地球越來越遠,後來也就斷了聯繫。

讓我們再來說說他的另一個傳奇計劃。

那是十年之後的1997年,那一年,他主導了一個叫NEAR的探測項目。這是一顆探測一顆名叫愛神星的小行星的探測器。

Robert設計了一整條探測的軌道,精確的,在2000年2月14號情人節這天,把探測器送入了愛神星的軌道,在愛神的重力懷抱裡開始圍繞運行。

整個探測器圍繞著愛神星探索了接近一年,研究了各種數據。

在任務即將結束的時候,Robert又有了新的想法。

反正既然這顆都已經完成任務了,不如再讓我利用一下。直接把它降落到愛神星的表面怎麼樣!

然而,只有一個問題,這顆探測器長這樣的:

當時設計的時候,就沒準備讓它降落在小行星表面過,就沒有設計過任何可以輔助著陸的系統,它的設備也沒有任何可以抵抗減震的設計。

不過。Robert顯然已經算計好了一切。

正當他打算實施的時候,他的小心思被他的上司發現了。

上司跟他說,這太扯淡了,你想都不要想!

上司擔心這會讓探測器直接墜毀在愛神星表面,變成NASA在全球宇航界的笑話。

不過,了解Robert的人都知道,這麼一個「No" 在他眼裡就是綠燈的標誌。

最後他說服了上司,他決定實施計劃,因為,他早就算好了一切。

這一天,他在一個節目上宣布了這次著陸的全過程。

還做了一個動畫:用探測器上的姿態發動機當減速發動機,逐漸降低軌道,然後調整姿態,讓探測器側著慢慢降低高度,因為姿態發動機在側面,繼續讓側面的姿態發動機對著正下方噴氣減速。

最後著陸的樣子。大概應該就是這樣:

2001年2月12號。他又成功了。

在3億多公裡之外,他指揮著沒有任何著陸設備設計的探測器在愛神星上軟著陸成功,最終著陸的速度只有每秒1.5米。

著陸之後飛船還在不斷發回信號,說明完全沒有墜毀,仍在不停工作。

他用這樣的表情向世界宣布了這一切。

當時反對這個計劃的上司也跑來祝賀。

這是人類歷史上第一顆在小行星表面上著陸的探測器。儘管沒有任何能著陸的設計,但就是在Robert的精確計算下成功了。

探測器上的儀器得以在距離表面只有20釐米的地方進行各種測量,測量得到的數據比在軌道上測得的精確10倍。 這是當時的科學家想都沒敢想像的精度。

探測器還發回了這張照片,歷史上第一張在小行星表面的照片。

在愛神星的表面,探測器繼續工作了16天。2001年2月28日,探測器發揮了最後一個信號,失去聯繫。

Robert,又一次證明了自己的傳奇。

他參與設計的任務還有很多。甚至今年早些時候探索冥王星的新視野號的軌道,最早也起源於他的一個探索冥王星的想法。

最後。我們再說一下ISEE-3的後來的故事。

前面不是說到,在探索完了兩顆彗星之後,Robert把它設定了一個31年後會回歸的軌道。

在那之後的很多年裡,Robert從未放棄過這顆衛星,他後來又有了對這顆衛星的很多計劃,比如在31年後回歸的時候重新啟動飛船發動機,把飛船送回近地軌道,然後用太空梭捕獲掉再帶回地球,當成航天博物館裡的展品。

然而後來太空梭出事退役後,這些腦洞計劃也被迫擱淺。

直到去年的一天。

一夥當年曾經在Robert手下工作過的科學家提出了一個想法。趁著2014年這顆衛星回歸的時候,重新跟衛星建立聯絡,啟動飛船發動機,再送回最早飛船應該待的地日拉格朗日點。

再把這顆衛星「還」給當年的地方。

這群科學家找到NASA, 一貫的,NASA不同意。過了30年,當年聯絡用的設備早就已經退役(試想一下現在要找一個20年前的撥盤式電話),他們也不會提供相應的資金。

這群人想到了眾籌。

沒想到,他們只用了30天就籌集到了整個計劃所需要的15萬美元。

去年5月份,一個由工程師、程式設計師和一些NASA退休專家和Robert組成的私人研究團隊正式成立。

他們準備利用ISEE-3去年重返地球的機會,再次接觸這艘升空已達37年的老太空飛行器。

他們重新用現代的儀器搭建了當年古老的通信聯絡方式。

又去找了波多黎各的阿雷西博天文臺發射信號。

團隊裡的人表示:「要知道,Robert是一個言出必行的人。如果他31年前說會盡他所能把他「借」走了衛星歸還原位,那他一定會去嘗試。」

看著他們的努力,NASA甚至破天荒的跟他們籤署了「免償還協議」,基本就相當於可以讓這個民間團隊可以隨意使用這顆已經退役的太空設備。這也是第一次,由一個非政府的民間機構全權操控一顆大型衛星。

然而這一次,沒有成功。衛星上的氮氣增壓系統無法給推進系統提供足夠的壓力。

無法點火就無法讓衛星改變軌道。這一次拯救行動,最終還是失敗了。

2014年8月10日,就像Robert在31年前計算的那樣,這顆衛星在飛行了31年和幾十億公裡之後,準確,回歸地球,在距離月球只有15000多公裡的地方擦肩而過,飛向了離地球更遠的地方。

這顆衛星的下一次回歸會在17年之後。

然而那時,Robert卻已無法再見證。

2周以前,2015年10月18日,Robert在自己的家中因病去世,享年83歲。

【謝謝你把我帶回地球。我會永遠在那裡,在你幫我設定的軌道上。】

這就是這麼一位大師級航天軌道專家的故事。

相關焦點

  • 北鬥三號:30顆衛星3種軌道的混合星座
    北鬥三號的星座設計包括以下三種軌道衛星?  中圓地球軌道(MEO)衛星  地球靜止軌道(GEO)衛星  傾斜地球同步軌道(IGSO)衛星  這樣的三種軌道混合星座布局,抗遮擋能力更強,能實現全球覆蓋、全球服務,又可為亞太大部分地區用戶提供精度更高的服務。
  • 北鬥三號系統首顆傾斜地球同步軌道衛星成功進入工作軌道
    央廣網北京4月27日消息(記者李欣)據中國之聲《全國新聞聯播》報導,20日晚發射的第44顆北鬥衛星,歷時五天多時間,在西安衛星測控中心的精確測控下,於昨天(26日)成功進入工作軌道,開始與北鬥全球導航組網星座一起,為我國和周邊地區以及「一帶一路」地區提供高精度全球導航服務。
  • 釋新聞|已有高軌道通信衛星,中國為何要打造低軌道衛星?
    12月22日7時51分,中國航天科工集團「虹雲工程」首星在酒泉衛星發射中心由長徵十一號火箭成功發射,標誌著我國低軌寬帶通信衛星系統建設邁出了實質性的一步。1984年4月,我國首顆地球靜止軌道通信衛星「東方紅」2號發射成功。這顆試驗通信衛星的發射成功使中國成為世界上第五個自行發射地球靜止軌道衛星的國家。
  • 北鬥三號系統首顆地球靜止軌道衛星發射成功
    IT之家11月2日消息 北京時間11月1日晚23時57分,我國在西昌衛星發射中心用長徵三號乙運載火箭成功發射第17顆北鬥三號全球組網衛星。據了解,本次發射的衛星屬於地球靜止軌道衛星。這顆衛星是整個北鬥衛星導航系統的第41顆,同時也是北鬥三號系統的首顆地球靜止軌道衛星。
  • 中國成功發射第22顆北鬥導航衛星,屬傾斜地球同步軌道衛星
    中國成功發射第22顆北鬥導航衛星,屬傾斜地球同步軌道衛星 李國利、楊欣/新華網 2016-03-30 08:29 來源
  • 我國成功發射北鬥三號系統首顆傾斜地球同步軌道衛星
    原標題:我國成功發射北鬥三號系統首顆傾斜地球同步軌道衛星長三甲系列運載火箭飛行次數上百新華社西昌4月20日電(記者謝佼、李國利)4月20日深夜,我國在西昌衛星發射中心用長徵三號乙運載火箭,成功發射第44顆北鬥導航衛星
  • 北鬥三號系統首顆傾斜地球同步軌道衛星在西昌成功發射
    北鬥三號系統首顆傾斜地球同步軌道衛星在西昌成功發射 華西都市報2019-04-21 01:04:16.0讀四川   4月20日深夜,我國在西昌衛星發射中心用長徵三號乙運載火箭,成功發射第44顆北鬥導航衛星。
  • 俄國防部:第五顆導航衛星「格洛納斯-K」被送入軌道
    中國日報網12月1日電(信蓮) 據俄新網12月1日報導,俄羅斯國防部空天防禦部隊發言人阿列克謝·佐洛圖欣當天透露,俄第五顆導航衛星「格洛納斯-K」已經被送入軌道,並被空天防禦部隊控制。「格洛納斯」是俄羅斯版的GPS導航系統,目前定位精度稍遜一籌。
  • 目前在太空中的GPS衛星的數量不是24顆,而是32顆
    24顆只是為了進行全球定位而需要的最小衛星的數量,多出來的那幾顆衛星,一方面是用來做備份的,防止某些衛星失效而讓地球上某些區域的導航出現故障,另一方面這些衛星還可以增加衛星定位的精度。GPS衛星是分成六個軌道,每個軌道上有4顆衛星,所以一共需要24顆衛星;而北鬥衛星是分成三個軌道,每個軌道上9顆衛星,所以一共需要27顆衛星。至於說為什麼要採用3*7的更高的軌道,這其中有很多原因,此處不細說。2,北鬥衛星系統由於歷史原因,所以需要有幾顆衛星先「打頭陣」。
  • 北鬥三號第二顆IGSO衛星升空 這顆「愛星」有何不同?
    作為北鬥三號第二顆傾斜地球同步軌道衛星,英文縮寫IGSO衛星,也被業內人士親切地稱為「愛星」。它將定位在高軌道上,以更廣的區域、更高的精度,增強北鬥三號整體技術指標。  在世界主要衛星導航系統紛紛以單一軌道衛星部署星座的背景下,中國北鬥獨樹一幟,開創性地採用三種軌道衛星組成混合導航星座。那麼這顆「愛星」有何不同?北鬥導航衛星的布局究竟有哪些講究?
  • Space X上周發射的10顆Iridium衛星運行正常
    【TechWeb報導】12月28日消息,據路透社報導,Iridium Communications公司日前表示,上周,由科技億萬富翁埃隆·馬斯克的Space X發射的10顆衛星,正在按照預期運行。Space X上周五發射的可重複使用的獵鷹9號火箭在美國西海岸引起人們的關注。
  • 一份價值29億美元的合同,用於開發這三顆地球同步軌道衛星
    打開APP 一份價值29億美元的合同,用於開發這三顆地球同步軌道衛星 MEMS 發表於 2021-01-09 09:58:18
  • 北鬥三號全球導航系統首顆地球同步軌道衛星發射成功
    北鬥三號全球導航系統首顆地球同步軌道衛星發射成功 原標題:   中新網西安11月2日電 (記者 田進 通訊員 張昊)中國航天科技集團五院西安分院2日透露,北鬥三號全球導航系統第17顆衛星已成功發射。
  • 衛星通信行業專題報告:北鬥、低軌道衛星、高通量衛星與5G
    (2)建設北鬥二號系統:2004 年,啟動北鬥二號系統工程建設;2012 年,完 成 14 顆衛星(5 顆地球靜止軌道衛星、5 顆傾斜地球同步軌道衛星和 4 顆中圓地球軌道衛星)發射組網。北鬥二號系統在兼容北鬥一號系統技術體制基礎上,增加無源定位體制,為亞太地區用戶提供定位、測速、授時和短報文通信服務。
  • ...X向亞馬遜旗下衛星公司Kuiper讓步 申請降低Starlink星座軌道高度
    在亞馬遜旗下的Kuiper系統公司向FCC提出擔憂後,這一申請陷入了僵局,監管機構認為SpaceX所要求的修改會造成Starlink衛星和其自身衛星未來的軌道重疊,而這些衛星的運行高度相似。具體來說,SpaceX公司原本提議將未來Starlink衛星群的運行高度從之前的1110-1325公裡(即其範圍)降低到540-570公裡。
  • 50多顆北鬥衛星,都在哪「站崗」?
    看起來,傾斜地球同步軌道像是把地球同步靜止軌道的一邊「按下去」、另一邊「拎起來」。中圓地球軌道北鬥導航衛星所在的軌道高度大約是21500公裡。衛星運行在中圓地球軌道,大約半天繞地球一圈。三種軌道的衛星有效配合,可為亞太地區提供更優的導航服務。2007年4月,長三甲火箭發射的第1顆北鬥導航衛星(北鬥二號衛星),就是一顆中圓地球軌道衛星。
  • 海王星衛星家族,共擁有十四顆衛星,海衛一和海衛八是最大的兩顆
    八大行星中水星和金星沒有衛星,其餘六顆行星目前已知的衛星數量總共為205顆,其中地球只有一顆衛星,那就是月球,火星擁有兩顆衛星,木星擁有79顆衛星,土星擁有82顆衛星,天王星擁有27顆衛星,海王星擁有14顆衛星。
  • 史上最多!這家公司製造了多達300多顆衛星 每顆僅有麵包大小
    由美國國家航空航天局(NASA)前科學家創建的行星實驗室(Planet Lab)稱,他們已經用火箭向太空發射了146顆小型衛星,迄今為止共製造了約300顆。這些衛星結合起來能拍攝整個地球陸地,供情報機構、農業公司和人道主義目的使用。每顆衛星只有一塊麵包那麼大,重達12磅(5公斤),使用的技術與智慧型手機收集數據的技術相同。
  • 衛星物聯網行業深度研究:低軌道高頻衛星通信專題
    人造衛星 指在空間軌道上環繞地球運行的無人太空飛行器,主要分為科學衛星、技術試驗衛星和應 用衛星。其中,應用衛星直接為國民經濟和軍事活動提供服務,是發射數量和種類最 多、應用範圍最廣的衛星。綜上,隨著微納衛星應用的興起,衛星數量穩中有升,近地軌道衛星保持快速增 長態勢,通信、遙感、導航依舊是三大主流衛星應用。
  • 中國低軌道衛星行業運行現狀,低軌道衛星系統將是未來6G技術基礎
    根據SIA(美國衛星產業協會)數據顯示,截至2018年底,全球共有在軌衛星2092顆, 其中通信衛星、遙感衛星、導航衛星的佔比分別為40%、26%、6%。2019年,全球 共發射505顆衛星,其中通信衛星、遙感衛星、導航衛星的佔比分別為33%、22%、3%。