兩次奔月！一顆傳奇廢棄衛星的自我救贖之路

科技 07-12

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共13053字，47圖。預計閱讀時間：1小時。

本文原題目：兩次奔月！一顆傳奇廢棄衛星的自我救贖之路

衛星是通過運載火箭發射進入軌道的。有時候，運載火箭會出一些狀況，使得衛星無法正常進入軌道，留下「出師未捷身先死」的遺憾。但是，有的衛星不甘於就此在茫茫宇宙中孤零零地漂浮著。它們與不公的命運搏鬥，用智慧和堅韌譜寫了太空中的傳奇。

小火箭在本文要和大家說的，是上世紀90年代的那顆休斯公司的傳奇衛星的故事：一顆原本要發射進入地球同步軌道的衛星，因運載火箭的問題，沒能入軌。在大部分工程師認定衛星已不可挽救後，保險公司給出了賠付。而休斯公司和衛星本身並未放棄努力，那一年，她已無力飛向地球同步軌道，但卻開始努力奔向月球……

升空

世界標準時間公元1997年12月24日23點19分00秒，一枚質子K-DM3運載火箭從哈薩克拜科努爾航天基地拔地而起。（質子運載火箭是蘇聯解體後，留給俄羅斯的運載能力最強的在役運載火箭。這款火箭在建設和平號空間站以及之後的建設國際空間站的任務中，功不可沒。詳見小火箭的公號文章《質子火箭：空間站的建設者》。）

在1997年的聖誕節前夜發射的這枚火箭攜帶的載荷，是休斯公司生產的亞洲3號衛星。該衛星重3.4噸，擁有28個C波段轉發器和16個Ku波段轉發器，主要任務是為亞洲地區提供電視廣播服務。

1998年世界盃由法國舉辦，而世界盃之父雷米特的祖國正是法國，在這一屆世界盃上，賽制再度發生變化，24支參賽隊擴充為32支參賽隊。從1997年下半年開始，全球對衛星電視的需求猛增，這顆衛星的發射可謂是生逢其時。

小火箭再補充說一下，在哈薩克的拜科努爾由俄羅斯的質子火箭來發射由美國休斯公司研製的亞洲衛星，這本身就是一個商業衛星業務開始全球化大發展的很好的案例。

而發射亞洲3號衛星的這個工位（拜科努爾81發射場23號工位），更是有著光輝的歷史：就在整整19年前，1978年12月25日，從拜科努爾81/23工位發射的金星11號探測器完成了飛掠金星並成功釋放金星著陸器的壯舉。大名鼎鼎的蘇聯火星3號、火星4號和火星-6號火星探測器也是在這裡升空的。

再往前追溯10年，在1968年9月14日，就在這個發射工位，Zond-5（探測器5號）由質子火箭發射成功。4天後，該探測器成功到達月球軌道。9月22日，探測器5號返回艙攜帶環繞月球飛行過的俄羅斯陸龜、黃粉蟲、精心選育的一些細菌和種子成功濺落在印度洋並最終被蘇聯軍艦回收，成為了世界上第一顆近距離探測過月球並成功返回地球的探測器。

小火箭覺得，發射休斯公司的亞洲3號衛星的這枚質子火箭此時或許會有一些心有不甘吧。29年前，質子火箭發射世界上首顆返回式月球探測器；26年前，質子火箭開始發射一系列火星探測器；19年前，質子火箭發射飛向金星的探測器。

而此時此刻，質子火箭在同樣的發射工位，卻在發射只能到達地球同步軌道的一顆商業衛星。小火箭在上圖給出了月球軌道（38萬公里）與地球同步軌道（3.6萬公里）的示意圖（地球在同心圓的圓心處）。軌道高度差了十幾倍呢。當然，要是比起2.25億公里的地球與火星的平均距離而言，到達地球同步軌道的這個高度更是不值得一提了。

報廢

休斯公司和亞洲衛星公司的員工，在1997年聖誕節前夜，都在密切關注著亞洲3號衛星的發射情況。1997年，對於亞洲來說是不平凡的一年。這一年的夏天，亞洲金融風暴爆發，其影響力和破壞力史上罕見。

而休斯公司也迎來了巨大的變化，就在亞洲3號衛星發射的這個月，休斯公司的防務分部正式與美國雷聲公司簽署了合并協議。這是一樁大買賣，合并後的公司成為了年營業額在200億美元以上的軍火巨頭。全世界軍工和航空航天產業相關的人都在關注著這次休斯與雷聲合并之後，休斯公司研製的衛星的首次發射。

然而，出事了。

搭載亞洲3號衛星的質子火箭，發射是順利的。但是火箭第4級在進入地球同步轉移軌道之前，突然意外關機。這導致衛星並未獲得足夠的速度，沒能進入預定軌道。

亞洲3號衛星被滯留在一條近地點203.2公里，遠地點36000.8公里，傾角為51.2°的大橢圓軌道上。這條軌道與地球同步軌道相去甚遠（地球同步軌道：偏心率為，軌道高度35786公里，軌道傾角0°。）

這樣的大橢圓軌道原本是用於向地球同步軌道轉移的臨時軌道，本身並不具有明確的商業應用價值。

那麼，亞洲3號衛星能夠通過自己的努力，把自己抬升到地球同步軌道上么？

難，非常非常難。

小火箭在這裡給出另外一個角度的示意圖。我跑了兩條軌道。上圖紅色的是亞洲3號原本要進入的地球同步軌道，黃色的是1997年聖誕節的時候，亞洲3號衛星實際所處的軌道。

受拜科努爾發射場81/23發射工位所處緯度和質子火箭發射衛星的彈道特徵的影響，原本的轉移軌道就是一條傾角非常大的軌道。

把這麼大的傾角（51.2°）調整到0的話，會耗費大量燃料。3.4噸的亞洲3號衛星在與意外關機的質子火箭成功分離後，自身攜帶有1.7噸的原本用於軌道保持的燃料。

經過計算，即使把1.7噸燃料全部用上，也難以把衛星調整到地球同步軌道上。就算勉強調上去了，衛星的也會耗盡全部的力量，累死在地球同步軌道上，成為一顆白白浪費寶貴的地球同步軌道資源的太空垃圾。

完蛋了，當時幾乎所有的人都是這麼想的。

聖誕節的歡樂氣氛並沒有讓1997年12月底的俄羅斯質子火箭發射團隊和美國休斯公司的冰封情緒有所緩解。亞洲衛星公司與27家投保了這次發射任務的保險公司還有保險公司聘請的彈道、軌道專家組成了聯合小組。

經過周密計算，聯合小組給出了結論：

亞洲3號衛星無法僅靠自身的能力進入預定軌道。此次發射任務被認定為「徹底失敗」，衛星被認定為報廢星。原投保協議開始生效，休斯公司將得到保險公司支付的2億美元的賠償金。

為符合小火箭風格，我查找了1997年到現在的相關經濟指數和當前的匯率，給出：

1997年的2億美元相當於現在的3.26億美元，即人民幣22.12億元。

博士

1998年1月，曾經在NASA JPL（美國宇航局噴氣推進實驗室）工作了11年的雷克斯·里登爾和他之前在JPL的同事，彈道和軌道設計師，紐約大學的貝爾布魯諾博士聊到了這件事情。

里登爾和貝爾布魯諾博士在傍晚走在加利福尼亞州一條人很少的小路上。加州一月份的陣陣涼風吹著兩人手裡拿的報紙和稿紙。

貝爾布魯諾：「你知道休斯公司的那顆亞洲3號衛星吧？」

里登爾：「嗯，我在前不久的新聞中讀到了。衛星沒能入軌，按協議，保險公司應該會全額賠付。」

貝爾布魯諾：「老兄，我覺得這顆衛星還有的救。」

里登爾聽到這句話，就站住了。如果是別人跟他說這個，他或許會以為是玩笑話，一笑了之。而貝爾布魯諾，這個他在JPL多年的同事，這位痴迷於彈道計算和軌道設計的博士，能夠說出這句話一定有他的道理。

這位已經47歲但仍精力充沛的博士為人低調，其名字在圈外少有人知，但是做過相關項目的人會知道，伽利略號木星探測器、麥哲倫號金星探測器、尤利西斯號太陽探測器、火星觀測者號火星探測器的軌道設計中，都有這貝爾布魯諾博士的巨大貢獻。

里登爾小心翼翼地回答他：「老弟，咱們倆都不在休斯公司供職，何況這顆星已經被宣告報廢了。而且，很多彈道工程師都算過了，靠衛星自己的能力，是不成的。」

貝爾布魯諾博士淡定地拿出他的稿紙，上面簡略地畫著他的想法。

里登爾想起來了：貝爾布魯諾彈道！

或許小火箭在這裡應該補充說一下有關貝爾布魯諾彈道的事情。

眾所周知，通常衛星變軌採用的是霍夫曼變軌技術：

上圖是霍夫曼變軌技術的經典示意圖：綠色的1號軌道為高度較低的圓軌道，紅色的3號軌道是較高的圓軌道。衛星從1號軌道某處點火加速，就會形成一個橢圓轉移軌道（黃色的2號軌道）。在2號軌道的遠地點處再次點火，衛星就會進入3號圓軌道了。

這種由德國物理學家瓦爾特·霍夫曼在1925年提出的變軌方法多年以來一直被幾乎所有的衛星和深空探測器所沿用。

但是，貝爾布魯諾在1986年提出了模糊邊界理論，給出了有別於他的德國老鄉霍夫曼老前輩的新的方案：

上面3幅圖是貝爾布魯諾彈道的示意圖。用這種方法去月球的話，非常節省燃料。

以上是小火箭對貝爾布魯諾彈道的一些補充。這種彈道的好處是省燃料，缺點是只能做掠飛。小火箭將在本文後半部分給出另外的彈道和軌道計算，這裡就不在詳細說了，繼續回到小火箭講述亞洲3號衛星的敘事線吧！

貝爾布魯諾博士向老同事里登爾展示了他的想法：

讓亞洲3號衛星飛掠月球！利用月球的引力彈弓來賦予衛星新的力量，並藉此機會一舉進入地球同步軌道！

里登爾和貝爾布魯諾博士就一些細節又討論了幾次。然後，他決定要讓博士的演算法在拯救亞洲3號衛星的行動中試一把。里登爾除了在JPL工作過11年之外，還在上世紀70年代在休斯公司工作過5年。這5年時間裡，他參與了5個比較大的太空探索相關的項目。雖然和休斯的同事們很多年沒聯繫了，但是里登爾覺得當年大家處得關係還不錯，應該可以試著聯繫一下。

電話

1998年1月16日，里登爾撥通了勞倫·斯拉夫爾的電話。勞倫是里登爾的老朋友了，如今在休斯公司擔任航天飛行器姿態控制系統的首席科學家一職。

勞倫跟這位已經有4年沒有聯繫的老朋友交了底：

「公司正在做兩手準備。首先是向保險公司交付這款衛星。畢竟賠付之後，這款衛星的所有權現在已經歸保險公司了。另外，亞洲3號衛星本身是完好的，就這樣宣布報廢實在是太浪費了，公司正在想盡辦法來拯救她。但是目前所有的方案在計算之後的結論全部是：無法拯救。」

里登爾告訴勞倫：「或許我們可以想想其他的法子。但是前提條件是我得了解了解衛星現在的狀態是怎樣的。」

勞倫把休斯公司負責亞洲3號衛星的工程師克里斯的電話號碼告訴了里登爾，兩人又寒暄了幾句，通話就結束了。（在這個時候，或許首席科學家勞倫依然不太相信能夠有拯救亞洲3號衛星的切實可行的方案出現。）

里登爾和克里斯也是認識的，只不過兩人十幾年都未曾聯繫了。

「有關亞洲3號的細節，恕不能提供太多。律師建議我們不要多說話，而我正在著手向保險公司正式移交這顆衛星。」克里斯的話語中透出一種疲憊和無奈。顯然，這幾天他被媒體和保險公司的人給折騰壞了。和老朋友通話的愉悅並未點亮克里斯的情緒。

里登爾注意到了克里斯的情緒，他以輕鬆的口吻說：「老朋友，你只需要告訴我亞洲3號衛星現在的狀態，我就能給你個或許是相當不錯的建議呢。」

克里斯：「老兄，咱們共事多年，軌道計算大家都熟的，目前這個情況下，還能有些什麼建議呢？」

里登爾笑了，他突然想到，這個時候可不是提出讓亞洲3號衛星往月亮上跑的好時機。他換了個方式來表述，沒有提月球：「嗯，克里斯，你知道的，我和一位朋友最近對一種非常規的變軌技術很感興趣，我們或許能夠給衛星找個好去處，哈哈。」

克里斯從里登爾的話中聽出了一些深意。

他說道：「公司有規定，不能向外透露太多細節。但我可以說的是，目前媒體上給出的亞洲3號衛星的報道所用的數據基本上是可用的。亞洲3號衛星用的是休斯HS601HP型大功率三軸穩定平台，有關衛星的大量參數，老兄可以從公司資料庫里調閱。衛星現在處於我們的正常控制中，狀態良好。我準備把她的軌道往上抬一抬，具體抬升的高度應該是150公里。」

里登爾感激地告訴克里斯，他已經得到了所有必需的信息了。

1998年1月19日，里登爾和貝爾布魯諾博士再次通了電話。這個電話是決定性的：兩人通過計算，都已經確認，使用貝爾布魯諾彈道的話，能夠在不到2個月的變軌過程中讓亞洲3號衛星定點在地球同步軌道上。

時間長達2個月的變軌！這個在地球同步軌道衛星的發射中，是非常罕見的。如果按正常情況的話，質子火箭發射地球同步軌道衛星，從點火到入軌，需要的時間是9小時14分鐘。

小火箭曾經在小火箭經典導彈與運載火箭系列文章中答應了大家要講一下軌道相關的事情，並且以質子運載火箭發射地球同步軌道衛星給出了算例。

在本文，為了對比需要，小火箭再次給出用質子火箭發射地球同步軌道衛星的過程：

基本上，要想把衛星（或者其他載荷）送到地球同步軌道上的話，需要12步（小火箭給出的這個算例以從拜科努爾基地發射的質子-M運載火箭為基準）：

1.火箭發射；

2.上面級分離；

3.上面級第1次點火；

4.進入一個距離地面173千米，傾角為51.5°的停泊圓軌道（此時，研製質子火箭基礎級的兄弟們可以慶祝了）；

5.上面級第2次點火，開始變軌；

6.進入一個近地點295千米，遠地點6000千米，傾角為51.0°的橢圓軌道；

7.拋掉和風上面級的外掛貯箱；（做軌道設計的同學，要注意，和風上面級的外掛貯箱的拋棄對後續軌道的計算有重要影響，計算和複核軌道數據的時候，要加以考慮。）

8.上面級第3次和第4次點火，再次變軌，進入轉移軌道；

9.和風上面級的外掛貯箱進入一個近地點361千米，遠地點14930千米，傾角50.8°的臨時軌道；

10.轉移軌道參數：近地點475千米，遠地點65044千米，軌道傾角50.5°；

11.上面級第5次點火，終於進入目標軌道；

12.釋放載荷，該算例中，衛星在東經135.8°的赤道上方。

整個任務用時9小時14分鐘。

奔月

從小火箭給出的算例來看，亞洲3號衛星是卡在上述算例的第5步了。這個傾角為51.2°的臨時軌道或許會是她生命終結的地方。

但是，事情還是有轉機的。

1998年2月份，里登爾和貝爾布魯諾博士正式造訪休斯公司，開始細緻地講解拯救亞洲3號衛星的全過程。

上圖為小火箭搜集和整理拯救亞洲3號衛星相關技術細節的過程中，一位在遙遠的地方做軌道設計的小火箭好友向小火箭提供的當年的技術文檔。上圖標號24的軌道就是最終要到達的地球同步軌道。標號18的軌道為月球軌道。標號從15a到15k的一系列軌道為逐漸抬升高度的橢圓軌道。標號19的軌道為奔月軌道。標號為20的軌道為從月球返回的軌道。

休斯公司的軌道設計師與里登爾、貝爾布魯諾博士一起對軌道進行了再三校核，終於，籠罩在公司上空2個月的陰霾開始消散。

亞洲3號衛星有救了！

1998年3月，休斯公司的法務人員和技術人員開始動身，到保險公司去遊說：衛星雖然已經是保險公司的財產，但是，如果就這樣在傾角為51.3°的橢圓軌道上轉圈圈的話，並不會產生任何商業價值。對於保險公司來說，這顆衛星只能算是賬面的財產，並無實際用途。而休斯公司已經想到了拯救衛星的方案，一旦拯救成功，衛星就可以產生商業價值。休斯公司願意和保險公司分享拯救成功後產生的利潤。

保險公司欣然同意。

公元1998年4月5日，協議正式簽訂。此時，亞洲3號衛星運行在近地點350公里，遠地點36000公里，傾角51.1847°的大橢圓軌道上。（比之前的軌道抬升了一些，為了在談判期間盡量維持衛星的壽命，避免因近地點高度過低而過快耗散衛星的能量。）

休斯公司造了那麼多顆衛星，而這是該公司真正擁有的第1顆衛星。

於是，他們給衛星起了一個新的名字：HGS-1，也就是休斯1號衛星。不過，為了不至於引起歧義，在本文，小火箭仍將該衛星稱作亞洲3號衛星。

1998年4月10日，休斯公司在指揮控制大廳發出指令，點火！

亞洲3號衛星開始了通過奔月來自我救贖的漫漫征程。

小火箭在這裡要補充的是：亞洲3號衛星上面的軌控發動機的型號是R-4D-11-300。這個名字眼熟吧！沒錯！這款發動機本來是用在阿波羅計劃中的，是阿波羅飛船的姿態控制發動機。R-4D火箭發動機相當成功，後來在多款商業衛星、在歐洲和日本的貨運飛船上都得到了大量應用。（詳見小火箭的公號文章《世界上最大的貨運飛船：以愛因斯坦和凡爾納為名》）

如果再回想起小火箭在本文一開始，講到質子火箭發射亞洲3號衛星所在的拜科努爾81/23發射工位的話，或許大家會和小火箭有同樣的感覺：

冥冥之中，一切彷彿是有定數的。

亞洲3號上面使用了誕生在阿波羅登月計劃中的發動機，而亞洲3號的發射工位是人類首次發射返回式月球探測器的地方。

這麼說來，亞洲3號衛星的奔月之旅還是「師出有名」的。

以下是小火箭給出的休斯公司拯救亞洲3號衛星的詳細過程，數據來自第一手資料並已通過小火箭的計算驗證，如果其他地方與本文數據不一致的話，建議以本文為準或給小火箭留言共同探討。

1998年4月10日，亞洲3號衛星第1次為奔月點火，速度增量為55.113米/秒。

之後，亞洲3號衛星連續進行較短時間的點火，緩緩地抬升軌道高度。

到1998年5月7日，亞洲3號衛星已經進行了11次近地點點火，軌道半長軸由4月10日的24549.2615公里抬升到了現在的166942.423公里。

人類設計和生產的商業飛行器，從未到達過如此的高度，這已經遠遠超出了地球同步軌道的範疇。從此以後，亞洲3號衛星每走一步都是在創造一個新的紀錄。

公元1998年5月7日，世界標準時間21點00分00秒，休斯公司給亞洲3號衛星發出了一條很猛的指令：

結束當前環繞地球飛行的大橢圓軌道狀態，開始直奔月球！

亞洲3號衛星得到指令後，軌道發動機猛然點火，衛星加速到了10.699公里/秒。（這個速度超過了有史以來的所有的商業衛星，也超過了絕大多數的軍用和民用飛行器，只有屈指可數的幾種深空探測器的速度比她快。在地球同步軌道上，衛星運行的速度為3.08公里/秒。亞洲3號衛星此時的飛行速度是地球同步軌道衛星的3.47倍。昔日我到不了你的軌道，今日你在仰望我的同時，體驗到瞭望塵莫及的感受。）

這個速度有多大呢？稍微再努力一下子，達到11.2公里/秒的話，衛星就達到了第二宇宙速度，可以徹底擺脫地球引力奔向深邃的太陽系深處了。而金星比地球稍微小一點，在金星上，這個速度為10.3公里/秒。也就是說，如果亞洲3號衛星是繞著金星轉的話，1998年5月7日的這一下子加速，就足以使其擺脫金星引力的束縛了。

細心的工程師或許已經發現了，既然衛星能夠這麼猛，把速度增加到10.699公里/秒，那麼為什麼不幹脆直接用這種多次點火的方法來挪蹭到地球同步軌道上呢？

小火箭通過計算來解答：

上圖是小火箭給出的大傾角大橢圓軌道直接向地球同步軌道轉移的軌道。

小火箭計算後發現，這樣變軌的話，衛星需要消耗1687.55公斤燃料。這是個什麼概念呢？

亞洲3號衛星總共就只有1700公斤燃料。衛星就算是到了同步軌道，也沒有什麼剩餘的燃料來維持這條軌道了。

當然，如果放在1998年，休斯公司的軌道設計工程師也會給出類似的設計，計算的結果和小火箭應該比較接近。這就是為什麼當時保險公司也認定衛星沒救了的原因。按傳統方法的話，不是不能，而是代價太大，入軌了，剩餘壽命同時也就沒了。

因此，還是試試貝爾布魯諾博士的方案吧！

經過5天18個小時的飛行，亞洲3號衛星在1998年5月13日到達了月球附近！

貝爾布魯諾的彈道得到了充分驗證。亞洲3號衛星也就成為有史以來第一顆成功奔月的商業人造地球衛星。

小火箭覺得，這或許也會是人類製造的唯一一顆飛掠月球的電視廣播通信衛星了。

要知道，這原本是一顆設計用來在地球同步軌道上老老實實地轉發電視廣播信號的通信衛星啊！而現在，她簡直就是一顆月球探測器。（很可惜的是，亞洲3號衛星上面沒有高清攝像機，也沒有其他遙感設備，否則就真的可以執行月球探測任務了。）

小火箭畫了月球軌道和地球同步軌道的示意圖，見上圖和下圖。可以感受一下兩條軌道的巨大差別。

小火箭查了一下，北京至天津的鐵路里程是122公里，而北京至上海的鐵路里程為1318公里。從北京出發，到上海的距離是到天津的距離的10.8倍。而月球到地球的平均距離為38萬公里，地球同步軌道的高度則為3.6萬公里，是10.6倍的關係。

也就是說，亞洲3號衛星本來想從北京去一趟天津，結果到了上海。仔細問一下，亞洲3號衛星會說，她是要先去一趟上海，再從上海回天津，以便大量節省能量。軌道動力學，就是這麼有趣。

這是後來藝術家根據1998年5月13日，亞洲3號衛星飛到月球附近的這個大事件創作的作品。當然，這是藝術創作，允許和事實稍微有點不同。這顆衛星的太陽能帆板實際上在奔月的過程中是處於摺疊狀態的。（實際上展開了也不是這個樣子的。亞洲3號衛星的太陽能帆板是長方形的，每側4塊板子。）

亞洲3號衛星實際上長這個樣子。

但是，那幅藝術作品的意境還是有的。因為很明顯，那是在向上圖的這個阿波羅飛船致敬。

回到休斯公司。

1998年5月13日，亞洲3號衛星向控制大廳報告：與月球首次交會！

哎呦呵！或許又有人有疑惑了：休斯公司，這麼一家研製衛星的公司，頂多算是個整星提供商吧。難道會擁有深空探測能力？當時在全世界也就只有包括NASA在內的那麼幾家「官方」機構擁有如此強大的遙測能力吧？還有，休斯這麼一家研製商業衛星的公司，能整明白探月軌道么？

嘿嘿！這可就是小瞧了休斯公司了。

看！這是啥！這是美國第一個實現了在月球上軟著陸的探測器：勘測者1號。

誰研製的？答：休斯公司！

勘測者1號由休斯公司設計和製造（注意，不僅僅是製造，整個研發過程都是休斯公司獨立完成的）。1966年6月2日，勘測者1號軟著陸在月球的風暴洋（小火箭風格：具體坐標是南緯2.45°S，西經43.22°W）。該探測器可靠工作了1年半，向地球傳回了超過2萬張圖像。

這比阿波羅11號登陸月球足足早了3年。這是美國首次掌握月球軟著陸技術的探測器。實際上，休斯公司手裡還有太空對接、深空軌道設計等多項專利。這些專利是在上世紀60年代就取得的，因此之後還與NASA就相關專利有過紛爭呢。只是後來自知理虧的NASA用給予休斯公司大量科研項目的方法來化解了專利紛爭。

從此世人只知NASA而少有人再提休斯。

再次回到1998年5月13日。

當日11點52分03秒，休斯公司里的人表情都很凝重。

所有人都在盯著顯示屏上面的軌道數據，一言不發。

亞洲3號衛星與地球的通訊突然中斷了。

不過，這是預料之中的。衛星並沒有遇到什麼突髮狀況，而是進入了月影之中。這是人類製造的商業衛星首次飛掠月球背面。小火箭為亞洲3號衛星此時沒有攜帶一台相機而再次感到惋惜。

當然，這個時候還是會出現一些情況的。如果軌道沒算好，或者月球背面有什麼情況的話，亞洲3號衛星可就是一去不回了。

飛掠月球的軌道不是那麼容易設計的。月球並不是規規矩矩地繞地球那樣轉的。淘氣的月球，其軌道的近地點會發生進動。整個月球軌道實際上會像上圖那樣打轉的。因此，奔月不僅要研究位置和速度，還要講究時機。

1998年5月13日中午，到了該吃午飯的時候，大家都沒有動身。

11點52分，亞洲3號衛星進入月影，到現在，已經過去了15分鐘，依然杳無音信。

12點20分，大廳里突然響起雷鳴般地歡呼聲。亞洲3號衛星傳回了進入月影以來的第一個信號：各感測器報告數據，一切正常！

整整28分鐘，休斯公司的工程師們度過了難熬的28分鐘靜默期後，迎來了歡呼的時刻。

休斯公司重新恢復了對亞洲3號衛星的控制。

12點55分，亞洲3號衛星到達近月點，創造了商業衛星距離月球最近的紀錄：6167.302公里。

1998年5月13日下午16點00分，亞洲3號衛星向地面報告：

軌道參數正常，衛星狀態正常，正飛向地球。

貝爾布魯諾博士的「彈道式飛掠」軌道方案得到了充分驗證。而亞洲3號衛星也正在奔赴地球同步軌道的路上。

從1998年4月10日亞洲3號衛星為了奔月而第1次點火到現在，已經過去了1個月零3天的時間。按這樣的軌道，用不了2個月的時間，衛星就能夠進入一條非常接近於地球同步軌道的，傾角為18°的軌道。

這樣的軌道，已經有了比較大的商業價值。在同一片海域，每天可以使用5個小時以上，可以為遠洋船舶、軍用艦艇提供專屬的通信服務。休斯公司的營銷團隊已經在摩拳擦掌準備推銷這個服務了。

再奔月

但是，如果傳奇僅止於此的話，那就不值得小火箭花費如此大的代價來挖掘了。

實際上，休斯公司在5月13日就改了主意。貝爾布魯諾博士的軌道設計得到了充分驗證，而休斯公司的工程師們的創造力這時也被激發出來了。

首次奔月成功後，休斯公司的工程師決定，讓亞洲3號衛星再奔一次月！

這一次，他們要藉助月球的引力彈弓效應來大幅減少衛星的燃料消耗。

衛星得救了，而如果燃料能夠再多節省一些的話，那創造的利潤可是巨大的。在軌道設計師的好奇心和榮譽感以及白花花的銀子的驅動下，僅3天時間，新的方案就出現了。

亞洲3號衛星正在飛速奔向地球的路上，因此也不會容許工程師們多想。

1998年5月16日晚上20點00分，休斯公司閉門會議討論結束。所有軌道設計師一致決定：讓亞洲3號衛星再次奔月。

5月16日晚上23點00分，亞洲3號衛星的軌控發動機點火。這次點火是整個變軌過程中最猛烈的，這一下子就用掉了整整50.14公斤的燃料！要知道，衛星所有的燃料加起來是1700公斤。而從4月10日到5月13日，衛星為了奔月已經用掉了40%的燃料。這一次點火，的確是一場豪賭。

咦？說好的再次奔月呢？

哈！亞洲3號衛星並沒有直接就這麼往月球軌道上跑。5月16日23點的這次猛烈點火，讓亞洲3號衛星進入了一個更神奇的軌道：

這條軌道的近地點為3.6萬公里（也就是離地球最近的一點在地球同步軌道上），而遠地點則遠達48.802萬公里，比月球到地球的距離還足足遠了10萬公里！

這是要弄啥？沒事兒，休斯公司的工程師們心裡有底。這麼做，還是為了節省燃料。

亞洲3號在這條周期為15天的軌道上飛奔。

半個月後……

1998年6月1日，也就是在亞洲3號衛星被宣布報廢半年後，她的軌控發動機再次點火。這一次點火，足足持續了30.2分鐘。

5天後，6月6日16點30分，衛星第二次飛掠月球。

不過，這一次亞洲3號離月球稍微遠了點，是在3.4311萬公里外匆匆飛過的。

1998年6月11日，軌控發動機點火，修正軌道；

1998年6月13日，軌控發動機再次點火，再次修正軌道。

這時的亞洲3號衛星就像是一位射箭高手，在為最後的一擊耐心準備著。

1998年6月14日上午9點15分，休斯公司的工程師發出指令。亞洲3號的軌控發動機持續點火46.101分鐘。隨後，在10點49分56秒，軌控發動機再次啟動，工作了118秒。

亞洲3號進入了一個近地點3.6萬公里，遠地點8.2萬公里的軌道。這回終於開始往地球同步軌道上靠攏了。

1998年6月16日早上7點29分05秒，亞洲3號衛星的軌控發動機點火。這次點火持續了28分鐘。此時，亞洲3號進入了一個周期為28小時的軌道。（地球同步軌道的周期為24小時，從這個參數來看，勝利就在眼前！）

公元1998年6月17日，亞洲3號衛星做了最後一系列細微的變軌機動。

最終，衛星成功定點在太平洋上空的地球同步軌道附近，軌道傾角只有8°。

從1997年12月25日宣布衛星發射失敗，到1998年6月17日衛星成功入軌，亞洲3號衛星飛了半年多，兩度飛掠月球，甚至到過即使是阿波羅登月飛船也沒到過的遠方！

引力彈弓

為什麼亞洲3號衛星兩次飛掠月球，經過半年多的飛行到達地球同步軌道反而要比經過9個多小時的變軌直接進入地球同步軌道還要省燃料呢？

這就是小火箭在這裡要說的引力彈弓的原理了。這個詞，大家在看到旅行者1號、伽利略探測器等深空探測器的時候會見到，而月球作為一個不小的天體，實際上也能夠為飛行器提供幫助。

利用引力彈弓來加速

利用引力彈弓來減速

小火箭認為，不僅僅軌道設計師能夠讀懂引力彈弓效應，實際上只要具備高中物理水平並且肯動腦筋思考的話，都是可以理解的。

上圖為小火箭給出的引力彈弓效應的解釋圖。（包括正彈弓和帶有角度的引力彈弓兩種情況）。可以發現，僅僅用機械能守恆和動量守恆這兩條牛頓老爺子給出的定理就足夠了。

簡單來說，引力彈弓就是大天體推了人造飛行器一把。從能量的角度來看，大天體的一部分能量轉移到了飛行器身上。因此，實際上天體的運行速度是會受到影響的。但是人造飛行器與天體的質量差別實在太懸殊，也就看不出天體的運行軌道受到什麼影響了。

三易其主

成功入軌的亞洲3號衛星，創造了一個傳奇。但是，她的故事並沒有在1998年終結。

或許，大家都很好奇，這顆衛星在軌工作了多長時間呢？

小火箭給出答案：亞洲3號衛星一直工作到休斯公司不復存在為止。

最初，亞洲3號衛星是亞洲衛星公司從休斯公司訂購的，原計劃定點於東經105.5°的地球同步軌道上提供電視廣播通信服務。1997年12月25日，因質子火箭第4級的發動機提前關機，衛星沒能入軌。1998年2月，27家保險公司向休斯公司賠付2億美元後，成為亞洲3號衛星新的主人。這是一易其主。

1998年4月，休斯公司與保險公司達成協議，準備用公司的智力和設備來拯救衛星，並且與保險公司分成。協議達成後，休斯公司成為亞洲3號衛星的新主人。衛星得到新的名字：休斯1號衛星。這是二易其主。

1998年6月17日，休斯1號衛星成功定點在西經158°的太平洋上空，具備提供海事通信服務的能力。1999年，泛美衛星公司從休斯公司手裡購得該衛星的所有權。衛星得到了新的名字：泛美22號衛星。這是三易其主。

前方高能：

當年成功入軌的亞洲3號衛星，在兩次飛掠月球之後，還剩多少燃料呢？具體數值或許說了也不會給人留下太多印象。小火箭在這裡只說一個事實：泛美衛星公司在1999年接手之後，發現衛星的燃料還是富富有餘的。為了更好地提供通信服務，賺取更多利潤，泛美衛星公司讓亞洲3號衛星做了一個調整範圍非常大的軌道機動：從西經158°大跨度機動到西經62°。（嗯，範圍不大，也就是比四分之一個地球稍微大一點吧，哈哈！）這種級別，這種範圍的機動，普通的正常入軌的衛星也是比較少做的。

那原來的那個亞洲衛星公司該怎麼辦呢？1997年向休斯訂購了衛星，出了這麼多事情之後，難道就沒有衛星可用了么？

不會的。1998年，休斯公司拿到保險公司2億美元的賠償後，並沒有把這筆錢挪作他用，而是製造了一顆比亞洲3號還強大的亞洲3S號衛星。（亞洲3S衛星重3.465噸，比亞洲3號衛星重了65公斤。這命名方式，有點像後來的手機廠商命名手機的風格。）

1999年3月21日（春分），亞洲3S衛星搭乘與發射亞洲3號衛星同樣的質子運載火箭從拜科努爾發射基地81/23工位升空。上圖為亞洲3S衛星的信號覆蓋範圍示意圖。

英超、西甲、德甲、NBA、高爾夫球、棒球聯賽、橄欖球聯賽，1999年，亞洲3S衛星開始提供賽事直播服務。2014年該星的主要業務逐步被亞洲7號衛星所取代。想想這15年來有哪些重大的體育賽事吧！不知有多少體育迷要感謝這顆衛星呢！

2000年，波音公司收購了休斯公司。休斯公司引以為傲的航空航天實驗室被波音、通用汽車和雷神這三巨頭所瓜分。

這家由傳奇的飛機設計大師、億萬富翁霍華德·休斯一手創建的充滿航空航天情懷的公司就這樣沒了。留給世人的，是休斯發明的襯墊胸罩、帶鋼圈上托聚攏型胸罩、創造世界紀錄的H-4雲杉鵝水上飛機、世界上最早的地球同步軌道衛星、AIM-4空空導彈、AIM-120空空導彈和阿帕奇武裝直升機。世界上第一台實用激光器、早期的離子發動機也出自休斯公司。

在上世紀80年代之前，世界上80%的通信衛星都是休斯公司生產的。即使是到2000年休斯公司不復存在之時，休斯公司研製的通信衛星在地球軌道上也依然佔據了40%的份額。

2000年，休斯公司沒了。但是亞洲3號衛星依然在西經62°的地球同步軌道上履行著通信衛星的職責。當年，1998年6月17日衛星入軌成功後，地面指揮人員發出指令讓亞洲3號衛星展開蜷縮了半年多的太陽能帆板。但是，亞洲3號衛星最終只展開了一側的太陽能帆板，另一側始終是摺疊狀態。衛星就這樣保持著一手高舉一手插兜的酷姿勢運行到了2002年。

2002年，亞洲3號衛星（此時叫做泛美22號衛星）向地面報告，所有的30塊鎳氫電池都陸續出現了故障。通信服務不得不中斷。

為避免衛星在地球同步軌道上失控，泛美衛星公司決定讓出寶貴的同步軌道資源。

2002年7月，亞洲3號衛星用最後一口氣，向地球噴出了火焰。軌控發動機將衛星推離地球同步軌道。亞洲3號衛星向上抬升了300公里，進入墳墓軌道。

亞洲3號衛星就此了卻一生，留下傳奇任人評說。

軌道

小火箭把亞洲3號衛星的傳奇經歷講完了，不過彈道式飛掠的軌道設計可不能到此終止。

有了這種理念，結合之前小火箭講到的變軌、最優軌道設計等演算法，一種新的奔月軌道也就誕生了。有了這種軌道，我們飛往月球的探測器就可以擺脫對重型運載火箭的過度依賴。用中型的運載火箭就同樣可以實現奔月的目標。小火箭在這裡鼓勵和建議長征7號運載火箭在採用734構型（3級火箭帶4個助推器）後，向月球飛奔一下。

在此，小火箭以動圖的形式給出此類軌道的計算結果。上圖是以地球為中心的視角，下圖是以地月系統為中心的視角。這凌亂的軌道，亦如小火箭這幾天算軌道的心情吧！計算不易，寫作不易，小火箭已經在努力加快更新頻率了。