天地失聯(lián)突發(fā)，緊急排險手段知多少？

7月25日，供電問題一度導致美方與國際空間站通信失聯(lián)，被迫請俄方幫助并啟動備用系統(tǒng)。無人/載人航天器需要與地面團隊保持溝通聯(lián)絡，但難免遭遇意外失聯(lián)，那么這背后可能是哪些因素引發(fā)的？天地雙方又能應用哪些技術手段，努力化解險情呢？

失聯(lián)原因五花八門

提到通信失聯(lián)，人們的第一反應就是，通信設備出了故障。其實，航天器與地面團隊之間的通信鏈路可能受到多種因素影響，包括設備是否正常運行、信號的強度和辨識度、自然和人為干擾等。

通信設備故障損壞確實是導致通信中斷、天地失聯(lián)的常見原因之一。航天器上的通信設備工作環(huán)境嚴酷，隨著運行時間延長，受到多種環(huán)境因素潛移默化地影響，設備老化是不可避免的，容易引發(fā)通信鏈路不穩(wěn)定，交流不定期中斷。

為了應對這種情況，航天器的通信系統(tǒng)通常會設計有備用設備或冗余通信鏈路，確保即使在主設備發(fā)生故障的情況下，仍能保持最低限度的與地面團隊的通信連接，提高通信的可靠性和穩(wěn)定性。

停電一度導致美國宇航局與國際空間站失聯(lián)

除了設備故障這類“硬傷害”之外，通信鏈路還有可能受到信號干擾等“軟破壞”。所謂“信號干擾”，指的是來自其他設備或背景環(huán)境的無關信號與通信信號產(chǎn)生了復雜作用，導致通信信號質量下降或傳輸信息錯誤。為此，航天器的通信系統(tǒng)通常會應用抗干擾技術，完善信號處理算法，以便提高信號質量和抗干擾能力，避免“喧賓奪主”的尷尬情況。

隨著人們生產(chǎn)生活中的電子設備越來越多樣化、復雜化，電磁背景不再“潔凈”，電磁波“污染”愈演愈烈，電磁干擾也成為導致通信故障的重要因素之一。為了戰(zhàn)勝這種幾乎無處不在的威脅，航天器通信系統(tǒng)通常會在設計階段就仔細考慮電磁兼容性問題，選用適當?shù)钠帘未胧┖鸵种聘蓴_技術。

事實上，電磁干擾往往來自強電磁場，這未必是人類活動的不良后果。惡劣的天氣條件，如雷暴等，同樣會產(chǎn)生強大的電磁能量，干擾航天通信設備正常工作，進而引發(fā)信號傳輸不暢、通信中斷等。針對這種人力似乎難以正面對抗的“天威”，航天器和地面團隊一般采用高頻無線電通信技術加強聯(lián)絡。

即使設備一切正常，而且地球大氣層內的干擾因素作用不顯著，天地失聯(lián)仍有可能發(fā)生。航天器進入特定軌道運行時，由于距離較遠，或者暫時遭遇特定的物體遮擋，導致無法與地面團隊保持實時聯(lián)系?？蒲腥藛T一般都會未雨綢繆，使航天器具備自主導航“絕技”，以便其獨立確定自身位置，并根據(jù)需要進行軌道調整，盡快恢復與地面團隊的通信暢通。

不難發(fā)現(xiàn)，引發(fā)天地失聯(lián)的因素很多，航天器和地面團隊遇到緊急情況時，有必要進行多方線索查證，仔細確定原因，盡快制定出符合實際情況的處置方案。

多種手段化險為夷

在航天任務中，確保天地之間的穩(wěn)定通信非常重要。無論是地面及時獲取航天器的狀態(tài)信息、發(fā)送指令，還是航天器傳回觀測成果，保障任務順利進行，都離不開高效、可靠的通信線路。因此，一旦出現(xiàn)意料之外的天地失聯(lián)，必須盡快恢復聯(lián)絡，而在當前技術水平下，往往是地面團隊承擔更重要的責任。

為了提升天地通信的可靠性，地面團隊往往事先發(fā)射或及時補發(fā)中繼通信衛(wèi)星，建立起“無縫”通信網(wǎng)絡。作為信號中繼站點，這些衛(wèi)星能夠接收信號，轉發(fā)到地面站，克服地球不同位置之間的距離限制，確保航天器在軌道上盡可能多的位置與地面保持聯(lián)絡。這種方法平時能夠顯著擴展航天器的通信范圍和信號覆蓋率，緊急時刻又能提升“搶救”成功的概率。

旅行者2號探測器近日與地面團隊失聯(lián)

隨著信息化技術進步，面對信號干擾現(xiàn)象，航天器和地面團隊可以借助網(wǎng)絡延時補償和差錯校驗等技術手段，提高通信質量。網(wǎng)絡延時補償技術可以根據(jù)信號傳輸?shù)难舆t時間進行相應的調整，以保證通信信號的同步性。差錯校驗技術能有望檢測和糾正通信中可能出現(xiàn)的錯誤，確保數(shù)據(jù)的準確性和完整性。

面對地球大氣層內的氣象干擾，高頻無線電波受到科研人員青睞。它具有穿透大氣層的特殊能力，特別適用于遠距離通信，相比其他頻段的無線電波，在大氣層中的傳播損耗較小，尤其是能夠有效地穿越云層雷雨等，幫助航天器在惡劣天氣下盡力與地面團隊保持聯(lián)系。

在這方面，設計者還可以考慮為航天器配備多個接收器和發(fā)送器，增加信號強度和覆蓋范圍。同時，航天器按照預設程序，利用天線技術進行信號調整和增強，也有希望適應不同的天氣條件和環(huán)境。

自主導航技術對于航天器定位、變軌并恢復與地面聯(lián)絡是至關重要的。目前，自主導航主要依靠激光測距和星載慣性導航等手段來實現(xiàn)。其中，激光測距系統(tǒng)通過向目標發(fā)射激光脈沖，并根據(jù)脈沖的回波時間來計算航天器與目標的距離。航天器上的激光測距器及時掃描周圍環(huán)境，解析獲取的距離信息，就可以確定自身相對于其他物體的位置和姿態(tài)。

星載慣性導航系統(tǒng)借助慣性傳感器（如陀螺儀、加速度計等），測量航天器的線性加速度和角速度，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來估計航天器的位置和姿態(tài)變化，提供高精度的位置和姿態(tài)信息，使得航天器在沒有地面信號的情況下獨立導航。

新技術催生新解法

隨著微電子、人工智能等技術進步，航天器運行時間更長，飛往更遠的目標，雖然面臨更多挑戰(zhàn)，但也有希望解決更多傳統(tǒng)上難以應對的問題。

例如，新一代自主導航技術能夠周期性地更新航天器的位置和姿態(tài)信息，一旦發(fā)現(xiàn)與地面通信信號偏弱或中斷，可以根據(jù)自身定位信息進行處置。顯然，這有效地提高了航天器的獨立性和靈活性，減少了對地面控制的依賴。

值得一提的是，自主導航技術還為航天任務提供了更出色的安全性和精確性。航天器可以根據(jù)實時位置和姿態(tài)信息來調整軌道，適應各種任務需求，如衛(wèi)星定位、太空探測等，從而給太空探索和資源利用帶來了更多的可能。

長期以來，航天器內部系統(tǒng)問題導致天地失聯(lián)，包括計算機系統(tǒng)崩潰、電力供應故障、傳感器故障等情況，只能“自求多福”。不過，隨著技術、工藝進步，航天器備份性增強，有望逐漸獲取自行化解故障的能力。

比如，面對計算機系統(tǒng)崩潰，航天器會采取應急措施，及時啟動內部備用電源和備用通信設備。備用電源可以提供穩(wěn)定的電力，確保其他重要設備正常運行。備用通信設備使用不同的頻率，或借助衛(wèi)星盡快與地面團隊恢復聯(lián)絡。

航天器飛入太空前，電力系統(tǒng)會接受科研人員的細致檢查，但電池失效、電路異常等因素仍有可能導致電力供應故障。為了應對這種意外事故，航天器會設置備用電源系統(tǒng)，包括太陽能電池板、燃料電池等。

航天器上搭載了各種傳感器來獲取環(huán)境信息，執(zhí)行觀測任務。某些傳感器如果無法正常工作，就有可能“牽連”其他設備。為此，航天器可以設置多個傳感器冗余系統(tǒng)，即使某個傳感器發(fā)生故障，其他傳感器仍能提供準確數(shù)據(jù)，并通過備用通信設備與地面團隊保持聯(lián)系。

展望未來，隨著人工智能技術應用更加廣泛而深入，航天器控制軟件也將具備更出色的模塊化、通用化性能。面對多種因素引發(fā)的天地失聯(lián)危機，航天器有望自主“隔離”故障部分，重新構建控制系統(tǒng)，借助中繼通信衛(wèi)星、自主導航、備用系統(tǒng)和設備等，提高天地聯(lián)絡恢復的效率，從而助力任務順利開展，獲取更大的太空探索成就。（作者：馬杰 圖片來源：美國宇航局 把關專家：中國航天科技集團科技委副主任 江帆）