最近，好萊塢動(dòng)作電影《極限特工3》正在熱映，影片講述了全球衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)被幕后黑手控制，揚(yáng)言要定時(shí)讓每顆衛(wèi)星墜落到地球，以達(dá)到其犯罪目的。為此，美國(guó)政府請(qǐng)回了身懷絕技的桑德·凱奇，由他帶領(lǐng)一組特工小隊(duì)奪回控制設(shè)備“潘多拉盒子”的故事。不過，看過電影的觀眾可能會(huì)有疑問，人造地球衛(wèi)星真的能那么容易就被控制嗎?太空中的衛(wèi)星墜落并砸中人的幾率究竟有多大呢?
首先，我們來看看人造地球衛(wèi)星是如何開展工作的?
當(dāng)完成一系列測(cè)試準(zhǔn)備工作后，運(yùn)載火箭將人造地球衛(wèi)星從地球表面發(fā)射進(jìn)入太空，火箭完成空間運(yùn)輸使命后與衛(wèi)星分離。衛(wèi)星入軌點(diǎn)的軌道速度就叫“入軌速度”，入軌點(diǎn)的位置確定后，入軌速度的大小和方向就決定了衛(wèi)星的軌道形狀。衛(wèi)星軌道是衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道，它呈一條封閉的曲線，這條封閉曲線形成的平面叫衛(wèi)星的軌道平面，軌道平面總是通過地心的。衛(wèi)星的軌道雖然不外乎圓形和橢圓形兩種，但方向和形態(tài)卻是千差萬別，究竟采用哪種形狀的軌道，則是由衛(wèi)星的功能和用途決定的。
衛(wèi)星在天上的飛行狀態(tài)是由衛(wèi)星的地面測(cè)量控制系統(tǒng)來管理的，衛(wèi)星的地面測(cè)量和控制是一個(gè)非常重要、精細(xì)和復(fù)雜的工作。
衛(wèi)星的地面測(cè)控系統(tǒng)由測(cè)控中心和分布在各地的測(cè)控臺(tái)、站(測(cè)量船和飛機(jī))進(jìn)行，在衛(wèi)星與火箭分離的一剎那，測(cè)控中心要根據(jù)各臺(tái)站實(shí)時(shí)測(cè)得的遙測(cè)數(shù)據(jù)，解算出衛(wèi)星的空間位置、速度和姿態(tài)參數(shù)，判斷衛(wèi)星是否入軌。入軌后，測(cè)控中心要立即算出其初始軌道根數(shù)，并根據(jù)各測(cè)控臺(tái)站發(fā)來的遙測(cè)數(shù)據(jù)，判斷衛(wèi)星上各種儀器工作是否正常，以便采取對(duì)策，這些工作必須在幾分鐘內(nèi)完成。
衛(wèi)星進(jìn)入第二圈飛行時(shí)，負(fù)責(zé)跟蹤的測(cè)控臺(tái)站要立即捕獲目標(biāo)并進(jìn)行精確測(cè)量。測(cè)控中心利用這些數(shù)據(jù)，計(jì)算出精確的軌道根數(shù)。
衛(wèi)星在整個(gè)工作過程中，測(cè)控中心和各測(cè)控臺(tái)站還有許多繁重的工作要做。其一是不斷地對(duì)其速度姿態(tài)參數(shù)進(jìn)行跟蹤測(cè)量，不斷地精化其軌道根數(shù);其二是對(duì)星上儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量、分析和處理;其三是接收衛(wèi)星發(fā)回的科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù);其四是由于受大氣阻力、地球形狀和日月等天體的影響，衛(wèi)星軌道會(huì)發(fā)生攝動(dòng)而逐漸偏離設(shè)計(jì)的軌道，因此要不斷地對(duì)衛(wèi)星實(shí)施軌道修正和管理。
對(duì)于返回式衛(wèi)星，在返回的前一圈，測(cè)控中心必須計(jì)算出市一圈是否符合返回條件。如果符合，還必須精確地計(jì)算出落地的時(shí)間及落點(diǎn)的經(jīng)緯度。這些計(jì)算難度很大，精度要求很高，因?yàn)槭е晾?，將差之千里。返回決定做出后，測(cè)控中心應(yīng)立即做出返回控制方案，包括向衛(wèi)星發(fā)送各種控制指令的時(shí)間、條件等等。衛(wèi)星進(jìn)入返回圈后，測(cè)控中心命令有關(guān)測(cè)控臺(tái)站發(fā)送調(diào)整姿態(tài)、反推火箭點(diǎn)火、拋掉儀器艙等一系列遙控指令。在返回的過程中，各測(cè)控臺(tái)站仍需對(duì)其進(jìn)行跟蹤測(cè)量，并將數(shù)據(jù)送至測(cè)控中心。
人造衛(wèi)星擁有龐大、精密的控制系統(tǒng)
由此可見，為使衛(wèi)星在太空中正常地工作，必須有一個(gè)龐大的地面測(cè)控系統(tǒng)夜以繼日地緊張工作。衛(wèi)星測(cè)控中心是這個(gè)系統(tǒng)的核心。計(jì)算大廳是測(cè)控中心的主要建筑之一，那里聚集著眾多大型計(jì)算機(jī)。除了看得見的硬件外，還有許多看不見的軟件——對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行管理的軟件系統(tǒng)，包括管理軟件、信息收發(fā)軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、軌道計(jì)算軟件、遙測(cè)遙控程序和模擬軟件等。這些硬件和軟件，既有計(jì)算功能，又有控制功能，它們是測(cè)控系統(tǒng)的“大腦”。
測(cè)控中心還有它的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，即通信系統(tǒng)，它通過大量的載波電路、專向無線電線路、各向都開通的高速率數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，把火箭發(fā)射場(chǎng)、回收?qǐng)鲆约案鳒y(cè)控臺(tái)站等四面八方聯(lián)系起來。
衛(wèi)星墜落、砸中人的幾率有多大?
世界各國(guó)迄今累計(jì)發(fā)射了超過數(shù)千顆衛(wèi)星。一顆衛(wèi)星如果在“壽終正寢”后仍沿軌道飛行，就存在和新衛(wèi)星相撞的危險(xiǎn)，屬于太空垃圾。因此，國(guó)際條約規(guī)定，軌道高度在2000千米以下的衛(wèi)星須在結(jié)束使命25年內(nèi)落地銷毀。衛(wèi)星結(jié)束使命前會(huì)收到讓其降低高度的命令，最終墜向地球，當(dāng)然，因故障失控而只好等著自然墜落的衛(wèi)星也不在少數(shù)。
從上世紀(jì)70年代到80年代起，每年約有200枚火箭和衛(wèi)星墜落，最近每年也有50枚左右。其中大部分在大氣層燃為灰燼，每年只有數(shù)枚衛(wèi)星的零部件落到地面。
一般來說，衛(wèi)星零部件殘骸砸中人的概率是數(shù)千分之一，砸中某個(gè)特定人員的概率是幾十萬億分之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在交通事故的概率。衛(wèi)星有一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，即在墜向地球時(shí)砸中地面人員的概率要降至萬分之一以下。
目前我們是如何控制衛(wèi)星墜地威脅的?
衛(wèi)星一邊繞地飛行，一邊在稀薄邊緣大氣層摩擦作用下逐步降低軌道高度。當(dāng)衛(wèi)星在扎進(jìn)高度130千米附近的高密度大氣層后，由于空氣阻力增加，高度驟降，就會(huì)在摩擦作用下開始自燃。由于大氣的狀態(tài)受太陽活動(dòng)等因素影響瞬息萬變，因此很難預(yù)測(cè)衛(wèi)星的高度何時(shí)開始驟降。如果是通信中斷且失控的衛(wèi)星，還存在難以掌握正確高度的問題。
目前有5種可行的控制衛(wèi)星墜地威脅的方法：
1.把退役衛(wèi)星轉(zhuǎn)移至不妨礙其他航天器運(yùn)行的軌道。
2.將退役衛(wèi)星引導(dǎo)墜入指定海域。
3.體積較小的衛(wèi)星可以任其自由墜落，在大氣層中完全燒毀。
4.當(dāng)衛(wèi)星墜至距地球很近的太空軌道時(shí)，用反衛(wèi)星武器將其炸成碎片。這種方法通常只對(duì)涉密衛(wèi)星使用，因?yàn)槿绻麑?shí)施得不好，衛(wèi)星碎片向上飛，產(chǎn)生更多的太空垃圾。
5.使用航天飛機(jī)等大型載人航天器捕捉退役航天器，帶回地面，但由于美國(guó)航天飛機(jī)退役，目前這種方法已經(jīng)無法實(shí)施。