史上最牛的軌道專家Robert Farquhar：借顆衛星玩玩

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他叫 Robert Farquhar，之前在美國 NASA 工作了幾十年，參與了很多太空探測項目。

他最擅長的，就是衛星軌道的計算。別人都說，他能把任何飛船送入人們想要送去的任何地方。他就是「軌道計算的大師」。

在 NASA 里工作過的人都認識 Robert， 都覺得他是全 NASA 最聰明的人。他計算的軌道永遠是對的。別人的不可能在他的手裡都能成為現實。

他的想法永遠有很多，NASA 里幾乎每個人都有被 Robert 拉到一旁，然後被 Robert 推銷他的古怪想法的經歷。

而且，他的很多奇思妙想，總能奏效。

而在 Robert 職業生涯里最傳奇的一次經歷，還要從當年直接「借走」NASA 的一顆衛星說起。

這顆衛星，叫國際日地探測衛星－3， 縮寫叫 ISEE-3。

這是一顆主要用來探測太陽粒子的衛星。當時，主導這個衛星項目的，就是 Robert。

這顆衛星被發射到了一個地球和太陽之間的 L1 拉格朗日點上的一個叫「光暈」 Halo 的軌道上。在這條軌道上，衛星受到的太陽和地球的引力相抵消，不用耗費什麼燃料就可以在停留在地球和太陽之間相對靜止的運行。

這是人類歷史上第一顆被發送到 L1 拉格朗日點的衛星，而算出這條「光暈」軌道的人，就是 Robert。

這條軌道，就是他當年的博士論文。

這個探測器在這個點上觀察太陽觀察了 5 年，衛星的使命也即將結束。

然而，在那個時候，全世界的宇航科學家們都在做一件事情：哈雷彗星。

那時，這顆全世界最著名的彗星馬上就要在 1986 年回歸地球（每 76 年才回歸一次）。

在那個太空競賽的年代，俄羅斯、歐洲和日本都爭相發射了彗星探測器，準備要在 1986 年探測哈雷彗星。這些彗星探測器提前幾年就開始向哈雷彗星飛奔，史稱： 哈雷艦隊。

然而，哈雷艦隊里並沒有美國的探測器。

美國表示，彗星任務太花錢，他們不準備去探索。

然而，就在這樣的大環境下，突然有一天，Robert 開出了新的腦洞。

我這顆衛星不是已經完成任務使命了嘛？ 不如我直接讓他變個軌道，直接拿去探索哈雷彗星好了。我計算過了，完全可以去到！

恩，他自己計算出了一個複雜的軌道。先讓這顆衛星返回地球，環繞N圈，利用月球的重力加速，去追趕彗星。

讓我們來感受一下他算出的這個軌道：

本來衛星一直穩定在 1 的位置，後來他讓衛星返回地球附近，環繞幾圈，利用月球引力加速，拐了3-4-5-6 好幾圈，最後離開地球，在 7 的位置跟兩顆彗星相遇。

另一個動畫看是這樣的：

GIF/1.4M

放到幾百年前，在牛頓或者開普勒的年代。如果有任何一個然敢畫出這樣的軌道的人。都會受到毫不留情的取笑，因為這軌道中的一切，都不符合牛頓和開普勒定律的基礎。

然而在他的計算和現代科技的結合下，這真的發生了。

他的想法提出後，還沒有得到 NASA 100% 的同意，他就開始了整個項目。既然木已成舟，NASA 也只得由得他繼續做下去。

在他一切精密的計算和計劃下。他成功了！

1985 年的 9 月。在世界上其他所有國家發射的衛星到達哈雷彗星之前。這顆衛星就已經穿越並探測了一顆叫 Giacobini-Zinner 的彗星（正好在哈雷之前路過的另一顆彗星） 。

又在一年後的 1986 年，它探測了哈雷彗星。（他計算的一條軌道，正好能穿越兩顆彗星的慧尾）

就這樣，他的這顆衛星，不但成了世界宇航史上第一個探測彗星慧尾的探測器，還成為了第一個兩次探測兩顆不同彗星慧尾的探測器。

他靠他的這顆幾乎要退役的衛星，又一次贏得了太空競賽的勝利。

「我們打敗了所有國家，」Robert 後來回憶說，「歐洲的航天局，俄羅斯的，日本的。」

連當時里根總統也給他發來了祝賀信。

當時有不少還指望著這顆衛星繼續觀測太陽的科學家。曾經各種寫文章抨擊他，說是他「偷走了他們的這顆衛星」。

Robert 當時回應說。那不叫偷。那叫借！借知道么！

因為在完成探測彗星的任務之後。他又給衛星設定了一條軌道，讓它 31 年之後的 2014 年重新回歸地球。就這麼一條：

嗯。31 年。

這一次。Robert 第一次向世人展示了他真正的才能。之前大家只知道他牛，沒想到到他居然這麼牛。之前大家只是知道他鬼點子多，沒想到他真的能把這些鬼點子都實現。

Robert 和他的妻子和女兒在 ISEE-3 衛星前的合影

在那之後，這顆衛星離地球越來越遠，後來也就斷了聯繫。

讓我們再來說說他的另一個傳奇計劃。

那是十年之後的 1997 年，那一年，他主導了一個叫 NEAR 的探測項目。這是一顆探測一顆名叫愛神星的小行星的探測器。

Robert 設計了一整條探測的軌道，精確的，在 2000 年 2 月 14 號情人節這天，把探測器送入了愛神星的軌道，在愛神的重力懷抱里開始圍繞運行。

整個探測器圍繞著愛神星探索了接近一年，研究了各種數據。

在任務即將結束的時候，Robert 又有了新的想法。

反正既然這顆都已經完成任務了，不如再讓我利用一下。直接把它降落到愛神星的表面怎麼樣！

然而，只有一個問題，這顆探測器長這樣的：

當時設計的時候，就沒準備讓它降落在小行星表面過，就沒有設計過任何可以輔助著陸的系統，它的設備也沒有任何可以抵抗減震的設計。

不過。Robert 顯然已經算計好了一切。

正當他打算實施的時候，他的小心思被他的上司發現了。

上司跟他說，這太扯淡了，你想都不要想！

上司擔心這會讓探測器直接墜毀在愛神星表面，變成 NASA 在全球宇航界的笑話。

不過，了解 Robert 的人都知道，這麼一個「No" 在他眼裡就是綠燈的標誌。

最後他說服了上司，他決定實施計劃，因為，他早就算好了一切。

這一天，他在一個節目上宣布了這次著陸的全過程。

還做了一個動畫：用探測器上的姿態發動機當減速發動機，逐漸降低軌道，然後調整姿態，讓探測器側著慢慢降低高度，因為姿態發動機在側面，繼續讓側面的姿態發動機對著正下方噴氣減速。

最後著陸的樣子。大概應該就是這樣：

2001 年 2 月 12 號。他又成功了。

在 3 億多公里之外，他指揮著沒有任何著陸設備設計的探測器在愛神星上軟著陸成功，最終著陸的速度只有每秒 1.5 米。

著陸之後飛船還在不斷發回信號，說明完全沒有墜毀，仍在不停工作。

他用這樣的表情向世界宣布了這一切。

當時反對這個計劃的上司也跑來祝賀。

這是人類歷史上第一顆在小行星表面上著陸的探測器。儘管沒有任何能著陸的設計，但就是在 Robert 的精確計算下成功了。

探測器上的儀器得以在距離表面只有 20 厘米的地方進行各種測量，測量得到的數據比在軌道上測得的精確 10 倍。 這是當時的科學家想都沒敢想像的精度。

探測器還發回了這張照片，歷史上第一張在小行星表面的照片。

在愛神星的表面，探測器繼續工作了 16 天。2001 年 2 月 28 日，探測器發揮了最後一個信號，失去聯繫。

Robert，又一次證明了自己的傳奇。

他參與設計的任務還有很多。甚至今年早些時候探索冥王星的新視野號的軌道，最早也起源於他的一個探索冥王星的想法。

GIF/1.8M

最後。我們再說一下 ISEE-3 的後來的故事。

前面不是說到，在探索完了兩顆彗星之後，Robert 把它設定了一個 31 年後會回歸的軌道。

在那之後的很多年裡，Robert 從未放棄過這顆衛星，他後來又有了對這顆衛星的很多計劃，比如在 31 年後回歸的時候重新啟動飛船發動機，把飛船送回近地軌道，然後用太空梭捕獲掉再帶回地球，當成航天博物館裡的展品。

然而後來太空梭出事退役後，這些腦洞計劃也被迫擱淺。

直到去年的一天。

一夥當年曾經在 Robert 手下工作過的科學家提出了一個想法。趁著 2014 年這顆衛星回歸的時候，重新跟衛星建立聯絡，啟動飛船發動機，再送回最早飛船應該待的地日拉格朗日點。

再把這顆衛星「還」給當年的地方。

這群科學家找到 NASA, 一貫的，NASA 不同意。過了 30 年，當年聯絡用的設備早就已經退役（試想一下現在要找一個 20 年前的撥盤式電話），他們也不會提供相應的資金。

這群人想到了眾籌。

沒想到，他們只用了 30 天就籌集到了整個計劃所需要的 15 萬美元。

2014年 5 月份，一個由工程師、程序員和一些 NASA 退休專家和 Robert 組成的私人研究團隊正式成立。

他們準備利用 ISEE-3 去年重返地球的機會，再次接觸這艘升空已達 37 年的老航天器。

他們重新用現代的儀器搭建了當年古老的通信聯絡方式。

又去找了波多黎各的阿雷西博天文台發射信號。

團隊里的人表示：「要知道，Robert 是一個言出必行的人。如果他 31 年前說會盡他所能把他「借」走了衛星歸還原位，那他一定會去嘗試。」

看著他們的努力，NASA 甚至破天荒的跟他們簽署了「免償還協議」，基本就相當於可以讓這個民間團隊可以隨意使用這顆已經退役的太空設備。這也是第一次，由一個非政府的民間機構全權操控一顆大型衛星。

然而這一次，沒有成功。衛星上的氮氣增壓系統無法給推進系統提供足夠的壓力。

無法點火就無法讓衛星改變軌道。這一次拯救行動，最終還是失敗了。

2014 年 8 月 10 日，就像 Robert 在 31 年前計算的那樣，這顆衛星在飛行了 31 年和幾十億公里之後，準確，回歸地球，在距離月球只有 15000 多公里的地方擦肩而過，飛向了離地球更遠的地方。

這顆衛星的下一次回歸會在 17 年之後。

然而那時，Robert 卻已無法再見證。

2015 年 10 月 18 日，Robert 在自己的家中因病去世，享年 83 歲。

這就是這麼一位大師級航天軌道專家的故事。

來源：上海工程技術大學管理學院學生會

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