最终 ， 在卫星姿态出现异变情况五分钟后 ， 异变参数到达了临界点 ， 地面人员紧急发送指令实施卫星主发动机关机 。 关机之后 ， 指挥大厅的大屏幕上很快就显示卫星姿态异变的趋势逐渐减缓 。 “也就是说 ， 我们在卫星出现异常情况约五分钟内 ， 初步研判出卫星的问题 ， 制定和实施了处置办法 ， 确保卫星没有完全失控 ， 现在想来这个过程简直是步步惊心 。 ”王鑫回忆称 。
荡气回肠的20天
把卫星从失控的边缘救回来并不能让地面飞控人员松一口气 。 作为北斗三号卫星系统中功能最多、信号最多、体型最大、寿命最长的一型卫星 ， 北斗三号GEO轨道卫星的造价自然不菲 ， 如果因为主发动机故障导致卫星无法爬升到地球静止轨道 ， 从而失去应有的作用 ， 无疑将造成巨大的经济损失 。
此外 ， 按照北斗三号全球卫星导航系统的整体规划 ， 自2017年11月开始 ， 要在两年多的时间内通过高密度的18次发射完成30颗北斗三号卫星的部署 ， 从而实现北斗三号卫星的全球组网 。 王鑫介绍称 ， 这个组网计划十分饱满 ， 且环环相扣 ， 对于整个大工程的各大系统来说 ， 都很难有“余量”在预定的时间内补发一颗卫星补缺 。 “作为系统全面建成前的倒数第二颗组网卫星 ， 北斗三号GEO-2卫星如果未能正常投入运行 ， 至少还需再等上一年时间才能完成‘替补’卫星的发射 ， 这意味着2020年完成组网的预期目标将难以实现 ， 全面建成北斗三号全球卫星导航系统的相关计划都将推迟 。 ”
北斗三号GEO-3卫星测控任务现场
面对这样一颗不容有失的卫星 ， 现场这些跟随北斗工程一路走来的任务人员都不甘于放弃 。 在化解卫星失控的危机之后 ， 地面飞控人员随即发送指令让卫星的姿态逐渐恢复正常 ， 并进入安全工作模式 ， 随后就开始同卫星研制方的技术团队一起对卫星异常的现象和数据开展细致地分析 ， 试图尽快定位卫星的故障点 。
结合分析的结果 ， 卫星研制方应用卫星的鉴定件 ， 通过仿真等手段在地面上进行“复盘”性质的试验 ， 结果发现卫星之所以出现姿态失控 ， 是因为主发动机喷管的喉部出现了烧蚀的现象 。 “通俗而言就是卫星主发动机喷管的喉部烧出了一个洞 ， 这就会导致发动机的推力不稳定 ， 烧穿的地方漏出的工质对卫星的姿态造成了扰动 ， 导致卫星姿态异变 。 ”王鑫称 。
彼时 ， 卫星滞留在近地点高度6000余公里的过渡轨道 ， 想要继续爬升到地球静止轨道就必须依靠卫星自身的动力系统将近地点高度再抬升3万余公里 。 由于此前的变轨方案都是围绕卫星主发动机正常工作的情况而制定 ， 因此有一种声音主张 ， 既然卫星的姿态已经稳定了 ， 那么就可以尝试重新点燃卫星主发动机 ， 按原计划实施变轨 。
但有另一种声音却认为 ， 因为卫星主发动机喷管的烧蚀点始终会产生干扰力矩 ， 影响卫星姿态的稳定 ， 而且喷出的工质有可能会对离喷管较近的星上部件造成损害 ， 这个方案风险太大 。 于是一种更为复杂但却更加安全的方案最终胜出：放弃卫星的主发动机 ， 而是选用星上推力更小的 ， 用以维持卫星姿态稳定的姿轨控推力器实施更多次的变轨 。
然而这种方案在实施的过程中也要面临多种限制因素 。 王鑫介绍称 ， 在卫星变轨的过程中 ， 随时掌握卫星的状态 ， 及时发送指令精准地实施卫星推力器开关机尤为关键 ， 这就需要保证地面与卫星之间星地测控链路的畅通 。 但由于我国测控网规模有限 ， 无法实现卫星在轨运行的全弧段测控 ， 因此 ， 在卫星变轨点的选择上 ， 除了要尽量靠近变轨时最“省时省力”的轨道远地点之外 ， 变轨点还必须在我们的测控范围内 。
此外在这个更为复杂的变轨过程中 ， 还需要尽量节省卫星的燃料 ， 减少对卫星姿轨控推力器寿命的影响 。 “这就需要我们制定合理的点火策略 ， 优化卫星燃料消耗、点火轨道位置和点火弧段 ， 在不同的变轨点采用不同的推力器组合实施点火 ， 这样才能规避因为执行应急变轨任务 ， 对卫星姿轨控推力器的超寿使用 。 ” 王鑫称 。
在综合考虑到各种因素后 ， 经过任务团队中一群“最强大脑”的细致计算 ， 最终搭配出三套推力充足的姿轨控推力器组合 ， 制定好每组推力器的合理工作时长 ， 调整好推力器喷气方向 。 在经过试点火 ， 确认每套推力器组合都能确保卫星的姿态稳定之后 ， 最终开始实施这场扣人心弦的变轨计划 。
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