經(jīng)過(guò)少則10分鐘，多則9個(gè)小時(shí)的飛行，運(yùn)載火箭準(zhǔn)確地將航天器送入預(yù)定軌道,但是這并不意味著此后的旅程將一帆風(fēng)順。靜止軌道衛(wèi)星大多數(shù)并不會(huì)被直接送入靜止軌道，而是需要通過(guò)自行升軌進(jìn)入預(yù)定軌道；而深空航天器也需要利用自己的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行軌道改變后，前往目的地，復(fù)雜度遠(yuǎn)超運(yùn)載火箭系統(tǒng)。

這些大質(zhì)量、高價(jià)值的載荷，設(shè)計(jì)壽命至少2~3年，并且需要經(jīng)受惡劣的深空環(huán)境。它們?cè)谲壍郎峡赡軙?huì)發(fā)生各種各樣的故障，有些衛(wèi)星永遠(yuǎn)地報(bào)廢在轉(zhuǎn)移軌道上，而有一些則利用系統(tǒng)重啟、分系統(tǒng)冗余、軌道重構(gòu)等多重手段，頑強(qiáng)的進(jìn)入到了工作軌道。雖然發(fā)生故障的衛(wèi)星無(wú)法達(dá)成預(yù)定壽命，但損失一定壽命總比完全報(bào)廢要更有價(jià)值。

(資料圖片)

雷達(dá)天線未展開(kāi)

作為美國(guó)上一代，也是第一代戰(zhàn)略合成孔徑雷達(dá)(SAR)偵察衛(wèi)星，LACROSSE（長(zhǎng)曲棍球）衛(wèi)星是一個(gè)神秘的代名詞。不過(guò)其真名并非“長(zhǎng)曲棍球”，而是“ONYX”（縞瑪瑙）。合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星的優(yōu)勢(shì)是可以穿云穿水，相比光學(xué)偵察衛(wèi)星可以無(wú)視云層的遮擋，同時(shí)獲得一個(gè)不低的分辨率。

縞瑪瑙合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星共發(fā)射了5顆，部署于57度軌道和68度軌道。前3顆衛(wèi)星為第一代，使用X波段成像；而后2顆衛(wèi)星為第二代，使用X/L雙波段成像。據(jù)稱(chēng)縞瑪瑙衛(wèi)星的編號(hào)為3100，發(fā)射質(zhì)量為14500千克~16000千克?？c瑪瑙衛(wèi)星配置一個(gè)巨大的側(cè)裝傘形天線用于進(jìn)行雷達(dá)成像，對(duì)地面分辨率為約0.3米。其搭載有2片巨大的、長(zhǎng)度為45米的太陽(yáng)能電池板，為衛(wèi)星提供平均20千瓦的恐怖電力。馬丁·瑪麗埃塔公司（洛克希德·馬丁公司的前身）為衛(wèi)星研制的主承包商。

一份USAF文獻(xiàn)中的類(lèi)縞瑪瑙構(gòu)型參考圖

第一顆縞瑪瑙衛(wèi)星于1988年12月2日搭乘阿特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)發(fā)射升空，任務(wù)編號(hào)STS-27。衛(wèi)星被部署于近地點(diǎn)437千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)447千米、傾角57度的軌道，編號(hào)USA34。

唯一一張解密的縞瑪瑙合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星圖像

縞瑪瑙-1這顆衛(wèi)星出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，包括傘形天線沒(méi)有展開(kāi)。在2001年的一則訪談中，STS-27任務(wù)的一名航天員吉布森回憶說(shuō)：“我們釋放了衛(wèi)星，但是衛(wèi)星遇到了很多問(wèn)題，我們重新和衛(wèi)星交會(huì)，捕獲并且修復(fù)了它?！钡菍?duì)于STS-27任務(wù)是否涉及一次秘密的太空行走，美國(guó)宇航局并沒(méi)有確認(rèn)。

不管怎么說(shuō)，第一顆縞瑪瑙衛(wèi)星被部署出去了。但是這顆衛(wèi)星的壽命沒(méi)有達(dá)到預(yù)期，1997年衛(wèi)星離軌，壽命8年多。第二顆縞瑪瑙衛(wèi)星則在軌工作了20年，2011年3月離軌。后4顆縞瑪瑙衛(wèi)星改由大力神4(03)B運(yùn)載火箭發(fā)射。

高增益天線傘栓卡死

伽利略號(hào)木星探測(cè)器作為一個(gè)旗艦級(jí)深空探測(cè)任務(wù)，也是美國(guó)宇航局史上方案修改次數(shù)最多的探測(cè)器之一。

最初“伽利略號(hào)”計(jì)劃使用航天飛機(jī)加上3級(jí)慣性上面級(jí)發(fā)射，但推力還是不夠，需要疊加一次火星飛掠來(lái)獲得足夠的能量。而且任務(wù)隨著航天飛機(jī)首飛的延遲而被推遲到1984年，火星飛掠的重力加速效能大幅減弱，而航天飛機(jī)本身的運(yùn)載能力也低于預(yù)期。美國(guó)宇航局一度決定將航天器拆分成兩部分發(fā)射。

幸運(yùn)的是，用于航天飛機(jī)的半人馬座G低溫上面級(jí)開(kāi)始研制。強(qiáng)大的半人馬座G上面級(jí)，能夠在“伽利略號(hào)”從航天飛機(jī)貨艙中分離后將其直接載入地木轉(zhuǎn)移軌道。但半人馬座G上面級(jí)本身受到了頗多質(zhì)疑，而挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)的爆炸是宣告其死亡的致命一擊。1986年6月，半人馬座G上面級(jí)被美國(guó)宇航局勒令取消研制，而一個(gè)2級(jí)的慣性上面級(jí)不具備直接轉(zhuǎn)移去木星的能力，于是改成了地球-金星-地球-地球-木星的重力助推序列。航天器設(shè)計(jì)采取直飛木星的方案，但新的重力助推使得航天器會(huì)比計(jì)劃更接近太陽(yáng)，導(dǎo)致原計(jì)劃的熱控系統(tǒng)不滿(mǎn)足新的飛行序列。為了避免高增益天線過(guò)熱損壞，天線從原計(jì)劃的發(fā)射后就展開(kāi)改為在借力飛行后達(dá)到原定設(shè)計(jì)溫控條件下再打開(kāi)。

協(xié)調(diào)世界時(shí)1989年10月18日16時(shí)45分，阿特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)起飛，最終慣性上面級(jí)將“伽利略號(hào)”送入近日點(diǎn)0.67天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)1天文單位的日心軌道。

在14個(gè)月的第一圈飛行中，“伽利略號(hào)”沒(méi)有遇到大的問(wèn)題。1990年12月19日，第一次地球重力助推按計(jì)劃執(zhí)行，1991年4月11日，高增益天線在設(shè)定條件下展開(kāi)?！百だ蕴?hào)”的高增益天線的18個(gè)肋條由一對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)一系列推桿、滾珠螺桿及承載環(huán)來(lái)展開(kāi)。但是只有13個(gè)成功展開(kāi)，另外5個(gè)被卡在了托架結(jié)構(gòu)內(nèi)，有2個(gè)后來(lái)釋放了，而相鄰的3個(gè)肋則保持在原位，并且隨著驅(qū)動(dòng)，滾珠螺桿漸漸扭曲，最后驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)徹底卡滯。滾珠螺桿需要運(yùn)動(dòng)8.6厘米才可以展開(kāi)天線，而實(shí)際上只運(yùn)行了1.5厘米。

問(wèn)題很快就被找到了，“伽利略號(hào)”鎖栓和插座連接點(diǎn)因?yàn)殚L(zhǎng)期受應(yīng)力過(guò)高導(dǎo)致涂層被損壞。在“伽利略號(hào)”數(shù)年的制造與儲(chǔ)存期間，潤(rùn)滑劑被損耗，而唯一一次涂抹潤(rùn)滑劑距離發(fā)射過(guò)去了10年！鎖栓與插座最后在真空和強(qiáng)大的壓力下產(chǎn)生了冷焊。換句話(huà)說(shuō)，鎖栓被壓力“焊”在了插座上，成為了一個(gè)整體。擔(dān)心在地面測(cè)試中產(chǎn)生問(wèn)題，因天線沒(méi)有備份導(dǎo)致推遲，天線沒(méi)有得到完全測(cè)試！最后美國(guó)宇航局決定使用熱應(yīng)力和離心力來(lái)撬開(kāi)鎖栓，并且通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)或者推力器點(diǎn)火來(lái)“錘擊”鎖栓。

高增益天線展開(kāi)的“伽利略號(hào)”，可惜它在任務(wù)進(jìn)行中并未實(shí)現(xiàn)

1992年4月，“伽利略號(hào)”再次抵達(dá)近日點(diǎn)，航天器背向太陽(yáng)，將高增益天線置于陰影中長(zhǎng)達(dá)50個(gè)小時(shí)，但鎖栓仍未展開(kāi)。按照仿真，需要6~12次冷熱循環(huán)才能展開(kāi)天線，但其基于的假設(shè)可能也是錯(cuò)的。低增益天線被收回6次，試圖借助急停產(chǎn)生的晃動(dòng)搖動(dòng)鎖栓，但也沒(méi)用。1992年9月，7次冷熱循環(huán)仍然未能使高增益天線展開(kāi)。但每次循環(huán)會(huì)浪費(fèi)4千克的推進(jìn)劑，沒(méi)有那么多推進(jìn)劑可供浪費(fèi)。

作為備選方案，“伽利略號(hào)”使用推力器點(diǎn)火推動(dòng)天線電動(dòng)機(jī)移動(dòng)，每一次點(diǎn)火都可以使得滾珠螺桿轉(zhuǎn)向部分角度，從而增大驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，在近日點(diǎn)附近天線塔的熱應(yīng)力會(huì)達(dá)到最大，人們認(rèn)為在此時(shí)“錘擊”滾珠螺桿可以釋放一條肋，如果到1993年3月高增益天線仍未展開(kāi)，便放棄高增益天線，全部使用低增益天線下行。結(jié)合深空網(wǎng)升級(jí)和壓縮算法升級(jí)，可以達(dá)到原計(jì)劃速率的100倍。

1992年12月29日至1993年1月19日，“伽利略號(hào)”進(jìn)行了超過(guò)15000次的“錘擊”，但只使得打開(kāi)的肋條開(kāi)得更大一點(diǎn)，沒(méi)打開(kāi)的還是沒(méi)打開(kāi)。3月，“伽利略號(hào)”開(kāi)始加速自旋至10.5轉(zhuǎn)/分鐘，但高增益天線還是不為所動(dòng)，美國(guó)宇航局最終宣布放棄高增益天線。

儀器故障/接收機(jī)故障

編號(hào)VGR-77的探測(cè)計(jì)劃絕對(duì)是人類(lèi)歷史上最壯觀最偉大的一次遠(yuǎn)征。1977年的“大旅行”窗口給予航天器以一次性飛掠四顆外行星的機(jī)會(huì)。協(xié)調(diào)世界時(shí)1977年8月20日14時(shí)29分，在推遲不到5分鐘后，旅行者2號(hào)探測(cè)器踏上深空探測(cè)之旅。航天器進(jìn)入了近日點(diǎn)1天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)6.28天文單位的日心軌道。發(fā)射后幾個(gè)小時(shí)，一系列結(jié)構(gòu)開(kāi)始展開(kāi)，但始終未收到掃描平臺(tái)懸臂展開(kāi)到位的信號(hào)。星敏感器被一些漂浮在航天器附近的絕緣碎片所干擾，而在穩(wěn)定姿態(tài)的時(shí)候，備份姿態(tài)控制系統(tǒng)被誤激活。新軟件被緊急在地面編制出來(lái)并且完成測(cè)試，注入到探測(cè)器上。隨后根據(jù)星敏感器的圖像確定，懸臂距離鎖定位置只差0.5度以?xún)?nèi)，任務(wù)控制中心通過(guò)晃動(dòng)航天器，使之成功鎖定。

“大旅行”示意圖

8月30日，“旅行者2號(hào)”開(kāi)始第一次軌道修正，但是發(fā)現(xiàn)推力器的推力遠(yuǎn)低于預(yù)期。通過(guò)分析，是一部分燃?xì)饬鞅缓教炱鞯膬x器所阻擋，導(dǎo)致有效推力不足。按照這個(gè)進(jìn)度來(lái)看，“旅行者2號(hào)”只能勉強(qiáng)抵達(dá)土星。任務(wù)控制中心優(yōu)化了“旅行者2號(hào)”的機(jī)動(dòng)流程，將土星飛掠時(shí)間從木星飛掠后70天提前到近木點(diǎn)執(zhí)行，同時(shí)將“旅行者2號(hào)”的星敏感器從“老人星”改成了“天津四”，從而減少太陽(yáng)光壓的影響。

1977年9月5日，“旅行者1號(hào)”進(jìn)入近日點(diǎn)1.01天文單位、遠(yuǎn)日點(diǎn)8.99天文單位的日心軌道。1978年2月23日，“旅行者1號(hào)”進(jìn)行掃描平臺(tái)測(cè)試，結(jié)果掃描平臺(tái)的展開(kāi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡死，對(duì)后續(xù)任務(wù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)毀滅性的打擊。美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室在對(duì)地面樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)后，再次命令“旅行者1號(hào)”進(jìn)行測(cè)試，5月31日，執(zhí)行機(jī)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生再次卡死。上次卡死的原因可能是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的齒輪被灰塵污染，導(dǎo)致齒輪被卡住。而在后續(xù)測(cè)試中灰塵被壓碎或移除，于是平臺(tái)恢復(fù)了正常工作。

“旅行者1號(hào)”及Star-37固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

比較有意思的事情來(lái)了。在美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)注于“旅行者1號(hào)”的時(shí)候，他們把“旅行者2號(hào)”忘了?！奥眯姓?號(hào)”在1978年4月5日自動(dòng)進(jìn)入“指令失效警告”。在一周內(nèi)主份接收機(jī)未接收到地面上行指令的時(shí)候，默認(rèn)主份接收機(jī)失效，轉(zhuǎn)入備份接收機(jī)。但是備份接收機(jī)無(wú)法鎖定來(lái)自地面的信號(hào)，因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)及航天器飛行導(dǎo)致的多普勒頻移，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)頻率發(fā)生變化。工程師并沒(méi)有注意這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)?2小時(shí)后又會(huì)切換回主份接收機(jī)。但是主份接收機(jī)在開(kāi)機(jī)后僅僅30分鐘就遭遇短路，徹底失效。

這問(wèn)題可就大了，如果人類(lèi)還想知道天王星和海王星的奧秘，那么希望必須寄托在“旅行者2號(hào)”的備份接收機(jī)上。又是7天過(guò)去，航天器再次切換至備份接收機(jī)。此時(shí)深空網(wǎng)開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)控制振蕩器派上了用場(chǎng)。

4月13日，這些變頻率的信號(hào)成功上行至“旅行者2號(hào)”。但是不是每條指令都被成功接收了？工程師發(fā)現(xiàn)，接收機(jī)的可接受頻帶會(huì)隨著溫度變化而改變。這種變頻率上行信號(hào)不是一件容易的事情——僅地球自轉(zhuǎn)一項(xiàng)引起的多普勒頻移是“旅行者2號(hào)”可接受頻率范圍的30倍，而每一項(xiàng)誤差都必須被考慮在內(nèi)。美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室建立了“旅行者2號(hào)”各分系統(tǒng)的詳細(xì)熱模型，從而精確預(yù)示接收機(jī)溫度，誤差在0.1℃內(nèi)。但即使如此，通信仍然時(shí)斷時(shí)續(xù)。10月份，問(wèn)題才得以解決，任務(wù)控制中心向航天器注入了探測(cè)序列指令，后續(xù)即使信號(hào)完全中斷，“旅行者2號(hào)”也可以自主完成木星及土星交會(huì)。

這還不是問(wèn)題的結(jié)局。1979年9月7日，“旅行者2號(hào)”抵達(dá)木星。強(qiáng)烈的木星輻射使得接收機(jī)頻帶發(fā)生了不可預(yù)測(cè)的變化，在地球掩星區(qū)過(guò)后，深空網(wǎng)不得不使用多個(gè)不同頻率上行從而指望“旅行者2號(hào)”可以剛好“聽(tīng)到”指令。

雖然出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，但“旅行者號(hào)”仍不愧是人類(lèi)歷史上最偉大、成功的幾個(gè)行星探測(cè)工程之一。一系列故障在土星飛掠后得到了很好的解決，應(yīng)對(duì)措施也足夠完善。兩個(gè)“旅行者號(hào)”繼續(xù)飛向深空，繼續(xù)著它們的外層空間探索之旅。

遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障

先進(jìn)極高頻戰(zhàn)略寬帶通信衛(wèi)星，也稱(chēng)為“軍事星3”通信衛(wèi)星。先進(jìn)極高頻衛(wèi)星能給戰(zhàn)區(qū)指揮官提供高安全性的、抗干擾的、不易截獲的通信服務(wù)，可滿(mǎn)足實(shí)時(shí)圖像、戰(zhàn)場(chǎng)地圖和跟蹤數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?zhàn)術(shù)通信需求，將成為美國(guó)國(guó)防部在軍用衛(wèi)星通信體系結(jié)構(gòu)中期階段使用的骨干。它采用A2100M平臺(tái)建造，造價(jià)超過(guò)5.8億美元。

先進(jìn)極高頻戰(zhàn)略寬帶通信衛(wèi)星

2010年8月14日，“宇宙神5-531”運(yùn)載火箭成功將重6168千克的先進(jìn)極高頻-1通信衛(wèi)星發(fā)射至一條近地點(diǎn)225千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)50212千米、傾角22.2度的超同步轉(zhuǎn)移軌道。按照計(jì)劃，首先啟動(dòng)遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)30天機(jī)動(dòng)將遠(yuǎn)地點(diǎn)提升至1.9萬(wàn)千米、傾角為6度的軌道，隨后使用其霍爾推進(jìn)器工作90天進(jìn)入地球靜止軌道。衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命14年。衛(wèi)星主動(dòng)力系統(tǒng)使用石川島播磨重工制造的BT-4型聯(lián)氨-四氧化二氮450牛推力器，同時(shí)擁有6臺(tái)22牛單組元推力器和12臺(tái)0.9牛單組元推力器，這些推力器由航空噴氣公司研制。BPT-4000雙模態(tài)電推系統(tǒng)在轉(zhuǎn)移軌道使用大推力模式，而在軌道保持時(shí)使用小推力高比沖模式。

整流罩中的先進(jìn)極高頻衛(wèi)星，注意其安裝在腰部的側(cè)裝電推

但是，其第一次遠(yuǎn)地點(diǎn)機(jī)動(dòng)時(shí)，推進(jìn)器未能正常工作并自動(dòng)關(guān)機(jī)，兩天后的第二次嘗試也未能成功。這意味著遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢。“先進(jìn)極高頻-1”從8月29日7:00開(kāi)始轉(zhuǎn)入使用22牛單組元推力器升軌的模式，并且電推會(huì)提前接手軌道轉(zhuǎn)移。

在第一階段，3臺(tái)22牛推力器工作至9月7日，將遠(yuǎn)地點(diǎn)提升至1156千米、傾角19.9度。隨后6臺(tái)22牛推力器同時(shí)工作至9月22日，將近地點(diǎn)提升至4712千米、傾角15度。第三階段時(shí)電推開(kāi)機(jī)，使用10個(gè)月將遠(yuǎn)地點(diǎn)提升至靜止軌道高度。最終于2011年10月24日進(jìn)入預(yù)定軌道，并且能夠滿(mǎn)足其14年壽命的需求。

遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)故障

“移動(dòng)用戶(hù)目標(biāo)系統(tǒng)”是跟“先進(jìn)極高頻-1”一樣的倒霉鬼。同樣使用A2100平臺(tái)，同樣被BT-4坑了?！耙苿?dòng)用戶(hù)目標(biāo)系統(tǒng)”戰(zhàn)術(shù)窄帶通信衛(wèi)星將提供比特高頻后繼衛(wèi)星系統(tǒng)高10倍的傳輸量，并將為美軍提供更可靠的通信方式?！耙苿?dòng)用戶(hù)目標(biāo)系統(tǒng)”的首星在2012年發(fā)射升空，星座計(jì)劃建設(shè)4顆業(yè)務(wù)星，另設(shè)1顆備份星。

“移動(dòng)用戶(hù)目標(biāo)系統(tǒng)”星座的布置圖

2016年6月24日，“宇宙神5-551”型運(yùn)載火箭成功將6740千克重的“移動(dòng)用戶(hù)目標(biāo)系統(tǒng)”-5通信衛(wèi)星送入了一條近地點(diǎn)為3838千米、傾角19度的高近地點(diǎn)同步轉(zhuǎn)移軌道，但是隨后其石川島播磨重工制BT-4型遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)未能正常點(diǎn)火?！耙苿?dòng)用戶(hù)目標(biāo)系統(tǒng)”-5借助其22牛單組元推力器進(jìn)行了26次點(diǎn)火，在11月3日完成了最終升軌。但“移動(dòng)用戶(hù)目標(biāo)系統(tǒng)”-5的南北保位明顯能力受限，相比于前4顆“移動(dòng)用戶(hù)目標(biāo)系統(tǒng)”保持在2.5度的傾角，“移動(dòng)用戶(hù)目標(biāo)系統(tǒng)”-5的傾角達(dá)到了6.5度左右，其軌道的偏心率也遠(yuǎn)大于另外4顆。

太陽(yáng)能帆板故障

“國(guó)際通信衛(wèi)星-19”是國(guó)際通信衛(wèi)星公司向勞拉空間公司訂購(gòu)的一顆高通量通信衛(wèi)星，基于SSL-1300平臺(tái)建造，發(fā)射質(zhì)量為5600千克，2012年6月1日由“天頂-3SL”運(yùn)載火箭發(fā)射升空，用于替代“國(guó)際通信衛(wèi)星-8”，設(shè)計(jì)壽命18年。

天頂3SL發(fā)射“國(guó)際通信衛(wèi)星-19”

“國(guó)際通信衛(wèi)星-19”在發(fā)射成功后晚些時(shí)候宣布，衛(wèi)星的南側(cè)太陽(yáng)能帆板無(wú)法展開(kāi)。4次升軌后南側(cè)帆板終于勉強(qiáng)展開(kāi)，但是損失了25%的電力，并且導(dǎo)致衛(wèi)星的容量損失了50%。

國(guó)際通信衛(wèi)星19號(hào)

最終故障分析委員會(huì)查明，問(wèn)題出自帆板的一個(gè)制造缺陷。這種缺陷導(dǎo)致“國(guó)際通信衛(wèi)星-19”的南側(cè)帆板受到永久性損傷，無(wú)法全功率供電。

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