我国构建地月空间三星星座，背后上演惊险“太空卫星极限救援”

中国深空探测正在走向更远、更深的新阶段。“地月空间DRO探索研究学术研讨会”4月15日举办，记者从会上获悉，由中国科学院A类战略性先导专项“地月空间DRO探索研究”部署研制的DRO-A/B两颗卫星，在抵达并驻留地月空间“远距离逆行轨道（Distant Retrograde Orbit，简称DRO）”后，已与先前发射的DRO-L近地轨道卫星建立起星间测量通信链路。

这标志着我国已成功构建国际首个基于DRO的地月空间三星星座，并取得多项原创性成果，为我国开发利用地月空间，引领空间科学前沿探索奠定了坚实基础。

“地月空间DRO探索研究”三星星座。中国科学院空间应用中心供图

连接地球、月球、深空的“十字路口”

据中国科学院空间应用中心研究员王文彬介绍，目前大部分航天器都是在距离地球表面3.6万公里以内的近地轨道运行。地月空间是从近地轨道、近月轨道向外拓展的新空域，距离地球最远可达200万公里；相对近地轨道空间，其三维空间范围扩大上千倍。

远距离逆行轨道（DRO）是地月空间中一类三体动力学轨道，顺行绕地、逆行绕月。“三体指的就是航天器、地球和月球。地球和月球质量比是81:1，在太阳系空间从来没有这样的质量比，最小的质量比是10000:1，由于地球、月球的质量具有一定的可比性，它们和航天器可以形成非常好的三体动力学环境。”他说。

DRO距离地球约31-45万公里，距离月球约7-10万公里，其位于地月空间的势能高地，是连接地球、月球、深空的“十字路口”，是地月空间的天然良港。

就如通过航海发现新大陆、利用空气动力实现洲际飞行、利用火箭进入太空一样，地月空间DRO有望成为空间科学探索的新空域、部署空间应用基础设施的新高地、支持载人深空探索的新起点，因此已经受到各航天大国的高度关注。

“经过多年的研究，我们总结出DRO的三个独特属性。”他说，一是“低能入轨”，借助日月引力助推，航天器进入DRO轨道所需燃料较少。二是“稳定停泊”，空间大部分轨道都不稳定，微小的扰动会造成变化，无法形成有界性的轨道。而DRO轨道预计可以达到百年稳定。三是“全域可达”，DRO处于引力高地，很容易进入其他的地月空间轨道。

卫星未进入预定轨道，“极限救援”上演

2024年2月3日，该先导专项首颗试验卫星DRO-L，成功进入太阳同步轨道，并正常开展相关实验。

2024年3月13日，DRO-A/B双星组合体在西昌卫星发射中心发射升空。运载火箭一二级飞行正常，但由于上面级飞行异常，卫星未能准确进入预定轨道。面对突如其来的变故，工程团队处变不惊，立即开始了一场惊心动魄的太空“卫星极限生死救援”。

根据地面测控站捕获到时断时续的卫星遥测数据分析判断，DRO-A/B卫星组合体以200°/秒的速度快速翻滚。中国科学院微小卫星创新研究院张军研究员说。

工程团队迅速制定应急处置措施：紧急上注姿态控制命令、有效实现速率阻尼、建立太阳翼对日姿态、成功实现星上蓄电池充放电平衡……7个小时后，经卫星遥测数据分析判断：DRO-A卫星太阳翼可转动但无法锁定，DRO-B卫星太阳翼既无法转动，也无法锁定；只能通过定期调整卫星组合体姿态，使两个卫星都能利用太阳光充电，维持卫星能源安全。

卫星能源安全问题解决后，工程团队又开始直面卫星入轨高度严重不足的难题。经遥测分析，DRO-A/B实际进入的初始轨道远地点高度仅为13.4万千米，远低于预先设计的30万千米。

3月18日和23日，工程团队成功实施两次近地点轨道机动补救控制，DRO-A/B卫星高度被相继抬高到24万千米、38万千米，越过“死亡线”。

7月15日，DRO-A/B卫星成功实施DRO入轨机动，准确进入预定任务轨道。在发射出现异常情况下，DRO-A/B卫星历经123天飞行，航程超过800万千米，终于进入预定轨道，为后续的卫星载荷在轨测试，提供了基本保障和有效支撑。

我国启动地月空间DRO探索

2024年8月28日，工程团队开展了大胆细致的远程操控，使DRO-A/B卫星组合体成功分离，且处于同轨编队伴飞状态。分离30分钟内，双星互相拍照，科研人员对卫星太阳翼受损情况有了清晰了解。更为重要的是，技术指标显示，分离后，双星能源平衡，平台及载荷工作正常。飞控大厅内顿时响起一片欢呼！

8月30日，工程团队一鼓作气，三颗卫星两两之间成功构建K频段微波星间测量通信链路，验证了三星互联互通的组网模式。至此，全球首个基于DRO的地月空间三星星座成功实现在轨部署。

据中国科学院空间应用中心副主任王强研究员介绍，该先导专项已经推动地月空间DRO探索研究取得了一系列实质性突破。

“比如在国际上首次实现航天器DRO低能耗入轨。”他说，人们常说基础研究要“坐冷板凳”“10年磨一剑”，而他们的科研团队“磨了20年”。这20年，科学家敢为人先、甘守寂寞、无惧挫折、集智攻关，他们办公室里储备最多的就是泡面、火腿肠和矿泉水。

在多年地月空间航天动力学与空间探索研究基础上，中国科学院空间应用中心科研团队创新性提出以更长飞行时间换取更大载荷重量和应急处置富裕度的设计理念，并在该先导专项中得到验证，最终消耗传统手段五分之一的极少燃料，即完成了地月转移及DRO低能耗入轨，这是我国航天器首次实现低能耗地月转移。“这一突破显著降低了地月空间进入成本，为大规模地月空间开发利用开辟了新路径。”

同时，在国际首次验证地月空间卫星跟踪卫星定轨导航新质能力。随着三星互联组网成功，我国成功验证了卫星跟踪卫星的天基测定轨新体制，在轨卫星3小时星间测量数据，即实现了传统方式2天跟踪测量数据的定轨精度。这一突破显著降低了地月空间航天器运行成本，为航天器高效运行开辟了新路径。

据与会科研人员披露，DRO-B卫星已于2025年3月底开始实施地月巡航机动任务，正在向共振轨道可控转移。“科研团队在时间紧任务重和发射异常的情况下，获得了低能地月轨道设计、轨道重构、卫星能源风险管控等方面的实践经验，为我国发射部署更多的地月空间航天器，积累了宝贵的理论方法和工程经验。”王强说。

未来，我国科研团队将进一步研究地月空间复杂多样的三体轨道问题，认识和掌握地月空间环境演化规律；利用DRO长期稳定性，部署E-18量级的原子光钟，支持量子力学、原子物理等领域基本科学问题研究，开展广义相对论更高精度的验证等。

新京报记者 张璐

编辑 樊一婧 校对 刘军