科学周刊丨国际首个地月空间三星星座稳定运行 太空有了“停车场”意味着什么？

　　中国科学院A类战略性先导专项“地月空间DRO探索研究”已取得重要建设进展，成功构建国际首个基于DRO的地月空间三星星座。具体是一项什么样的成果？将对我国太空探索意味着什么？近日，华商报大风新闻记者专访了西北工业大学航天学院教授代洪华、西安交通大学航天航空副教授郎安琪，详细解答大家关心的问题。

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　　实现了“三个国际首次”

　　近日，中国科学院空间应用工程与技术中心(空间应用中心)在北京举行的“地月空间DRO探索研究学术研讨会”。会上，科学家透露，中国科学院A类战略性先导专项“地月空间DRO探索研究”已取得重要建设进展：成功构建国际首个基于DRO的地月空间三星星座，并实现航天器DRO低能耗入轨、验证117万公里K频段星间微波测量通信链路、验证地月空间卫星跟踪卫星定轨导航新质能力等三个国际首次。

　　在航天器DRO低能耗入轨方面，中国科学院空间应用中心科研团队在多年地月空间航天动力学与空间探索研究基础上，创新性提出以飞行时间换取更大载荷重量和应急处置裕度的设计理念，并在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，这是中国航天器首次实现低能耗地月转移。

　　新的突破显著降低地月空间航天器运行成本、大幅提升运行效率，为航天器高效运行开辟了新路径。

　　“星坚强”经历123天太空救援

　　2024年2月，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，DRO-A/B双星组合体在西昌卫星发射中心发射升空，由于运载火箭上面级飞行异常，卫星未准确进入预定轨道。

　　在发射出现异常情况下，中国科研团队成功紧急实施多次近地点轨道机动补救控制，DRO-A/B双星组合体在历经近850万公里航程、历时123天太空救援后，最终准确进入预定轨道，为后续的卫星载荷在轨测试提供了基本保障和有效支撑。

　　2024年8月下旬，DRO-A/B卫星组合体成功分离，并分别与先前发射的DRO-L近地轨道卫星成功建立起星间测量通信链路，验证了三星互联互通的组网模式，这标志着全球首个基于DRO的地月空间三星星座成功实现在轨部署。

　　有望成为空间科学探索的新空域

　　中国科学院空间应用中心副主任、“地月空间DRO探索研究”先导专项工程副总指挥王强研究员表示，三星互联组网成功后，已持续开展多项前沿科学实验及新技术试验，推动地月空间DRO探索研究取得一系列实质性突破，收获多项原创性重要成果，为中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。

　　据了解，DRO是地月空间中一类十分独特的有界周期轨道族，顺行绕地、逆行绕月，其中位于相对地月的势能高位轨道族，具有低能进入、稳定停泊、低能全域可达等独特属性，是地月空间的天然良港，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、服务支援空间飞行器的新基地、支持载人深空探索的新起点。

　　三星星座中的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。

　　专家问答

　　什么是DRO轨道？地月空间、三星星座联网是什么？近日，华商报大风新闻记者专访了西北工业大学航天学院教授代洪华、西安交通大学航天航空副教授郎安琪。

　　DRO是连续轨道家族

　　华商报：什么是DRO轨道？它的作用是什么？单条还是多条轨道？用比喻来说，DRO轨道就像地月空间的“停车位”或者“太空港”？

　　代洪华：要理解DRO（远距离逆行轨道），首先需要了解地月圆型限制性三体问题。就像刘慈欣《三体》中描述的，三个天体在引力作用下会出现“乱纪元”和“恒纪元”，这是因为三体运动具有混沌性，长时间难以预测。然而，在地月-航天器系统中，地月运动已知，航天器质量极小，对地月运动的影响几乎可以忽略，因此地-月-航天器组成的三体运动可以被大大简化。尽管不稳定运动普遍存在，但通过精细计算，科学家可以为航天器找到一些非常稳定的轨道，使其始终处于“恒纪元”状态，DRO就是其中之一。DRO并非单条轨道，而是一个形状相似但尺度不同的连续轨道家族，科学家会根据任务需求选择最合适的一条。

　　郎安琪：DRO轨道的作用像太空“停车场”和“中转站”，卫星或飞船可以在这个轨道上“停”很久，就像太空里的服务区，别的飞船可以来这里歇脚、补给、换方向。其次，低能耗进出，支持探月和深空探险，从地球去月球、或者从月球去更远的太空（比如火星），从DRO轨道出发会更省力、更省燃料。未来月球基地、火星探测任务，都可以先到DRO轨道集中再出发。另外，是通信、导航、科学观测的好地方，在这里布置卫星，可以让地球和月球之间的通信更顺畅，像搭了一条桥。还能放望远镜、科学器材，观测太空环境。

　　低能进入 稳定停泊 全域可达

　　华商报：DRO轨道的特别之处在哪里？

　　郎安琪：低能进入：卫星用很少的燃料就能“滑”进轨道，就像骑自行车下坡一样省力。稳定停泊：卫星停在这里不会轻易被地球或月球的引力拉走，像停在停车场一样稳当。全域可达：从这里出发，用一点点燃料就能跳去月球、火星，甚至更远的深空，像坐电梯换楼层一样方便。

　　以前的轨道就像是单向高速公路，一旦开上去了，就只能朝一个方向走，想换方向很难，还很耗油（也就是能源）。但 DRO轨道就不一样，它特别灵活，所以它不是简单的“停车位”，而是一个“太空港”。

　　3个“太空小伙伴”分工协作

　　华商报：这三颗卫星谁当队长？它们需不需要像班级值日生一样轮流干活？它们的工作是什么？会起到什么作用？

　　代洪华：三颗卫星像球队里的前锋、中场和守门员，各司其职：一颗负责数据和通讯传输并验证轨道测定，一颗监测太空环境并验证DRO是否真如计算的那样稳定，还有一颗做技术试验去探险其他兴趣区域。它们不用"轮流值日"，而是相互配合，协同工作。

　　郎安琪：简单来说，这三颗卫星就像三位分工协作的“太空小伙伴”，帮助地月间“通话”、保障飞船“导航”、测试最前沿的航天黑科技。

　　既不会被月球"吸过去"

　　也不会被地球"拽回来"

　　华商报：如果把地球和月亮比作两个小朋友手拉手转圈，DRO轨道上的卫星像不像绕着他们跳舞的“太空小精灵”？它为什么不会撞上月亮吗？DRO轨道上的卫星非常有稳定性，无需频繁调整就能正常工作100年，原因是什么呢？

　　代洪华：卫星跳舞时会精准计算地球和月球的"拉力"，就像踩着滑板在两个磁铁之间找到平衡点。它的轨道经过精密计算，既不会被月球"吸过去"，也不会被地球"拽回来"，就像钟摆永远保持节奏一样稳定。

　　就像从独木桥升级成立交桥

　　华商报：为什么要用三颗卫星组成星座？比单颗卫星强在哪儿？

　　代洪华：就像用三只眼睛看立体画，三颗卫星能360°监控地月空间。单独一颗只能看到正面，三颗联合就能捕捉到隐藏的太空天气变化和小天体动向，就像从独木桥升级成立交桥。

　　郎安琪：三颗卫星就像是三角形的三个角，可以形成一个覆盖地月空间的大网络，以后可以接入更多卫星，发展成一个更大的“太空Wi-Fi系统”。未来在月球基地、探测器、载人飞船……都可以接入这个系统，进行通信、导航、数据传输。

　　卫星自带"太空GPS"不迷路

　　华商报：卫星在那么远的地方会不会“迷路”？科学家怎么给它们“指路”呢？

　　代洪华：卫星自带"太空GPS"（自主导航系统），还会接收地面科学家发送的"星际路书"（轨道修正指令）。虽然地月距离会导致约1.3秒的通讯延迟，但卫星仍能自主地飞向预定轨道。

　　郎安琪：科学家们可聪明啦，他们用几种办法高度配合，帮卫星找方向，不让它迷路：卫星出发前，科学家根据地球、月球的引力和卫星的速度、轨道，提前通过超级计算机把航行路线都“算”好了，给卫星“规定”一条无形的太空跑道，卫星只要踩着这条跑道飞，就基本不会乱跑。卫星上安装了星敏感器、陀螺仪等高科技“眼睛”和“感应器”。它们能通过观测星空和感知自身状态，随时知道自己“朝哪儿”、“偏没偏”、“速度对不对”。科学家会用强大的雷达、望远镜、地面信号接收站来“遥控观测”卫星，一旦发现卫星“走偏”了，就发指令让卫星自己小范围地“点火修正”，像自行车走S路时调整把手。

　　相当于上万人同步解决数学难题

　　华商报：这次任务最难啃的"硬骨头"是什么？是轨道计算、卫星通信还是其他？

　　代洪华：轨道计算就像在游乐场的旋转飞椅上扔纸飞机，要精准预测地球、月球、太阳三方引力对卫星的影响。科学家必须用超级计算机反复模拟，相当于上万人同步解决一道非常复杂的数学计算题。

　　这场救援持续123天、跨越850万公里

　　华商报：简要讲讲“星坚强”九死一生的过程，怎么出现意外？科学家如何救援？

　　代洪华：在2024年3月13日，在西昌卫星发射中心使用长征二号丙运载火箭发射DRO-A/B卫星时，火箭上面级（远征一号S）出现异常，导致卫星未能进入预定轨道。更危急的是，卫星的太阳翼弯折近90°，且卫星以每秒超过200度的速度疯狂旋转。面对这一突发状况，一支平均年龄不到34岁的科研团队迅速展开救援行动。他们通过交替使用双星发动机喷气技术，在7小时内成功稳定了卫星的姿态。然而，新的危机接踵而至：DRO-A卫星的太阳翼可转动但无法锁定，DRO-B卫星的太阳翼则完全“脱臼”，能源供给面临巨大挑战。科研团队经过40小时的不眠不休，制定出救援方案。他们决定双星合力，不分离，实施交替使用燃料的策略，并在120小时内完成了首次轨道机动，成功将卫星送入预定轨道。这场持续123天、跨越850万公里的太空救援行动，不仅挽救了卫星，也为我国未来的星座建设提供了宝贵经验。

　　未来可为登月飞船提供支持

　　华商报：卫星在DRO轨道上如何"不掉线"？地月距离这么远，信号会不会延迟？

　　代洪华：虽然地月信号需要1.3秒才能传到地球（比体育老师吹哨慢一点），但卫星能自主处理简单任务。重要数据会像"接力日记本"一样通过中继卫星传回，保证永不掉线。

　　华商报：“地月空间DRO探索研究”的这一成果将为我国航天事业起到哪些深远的作用？

　　代洪华：这项技术就像在月球周围建起"高速公路服务站"，未来可为登月飞船提供导航、通信和能源支持，甚至能预警太空风暴，就像给月球戴上了智能手机。

　　说不定还能开发"月球版微信"

　　华商报：普通人未来能用上这项技术吗？比如更准的导航、更快的月球直播？

　　代洪华：未来去月球旅游时，这项技术能提供比现在精确100倍的定位服务，看月球直播就像刷短视频一样流畅。说不定还能开发"月球版微信"，让地球和月球的朋友随时聊天。

　　郎安琪：有了这套在DRO轨道上的通信网络，地球和月球之间的数据传输速度会变快，信号更稳定。将来普通人通过网络观看月球实况、实时直播登月都可能变成现实，让你在家就能“第一时间”看到月球上的最新画面。

　　宇航员将可能直播怎么种"太空土豆"

　　华商报：这三颗卫星能当"太空哨兵"预警小行星撞击吗？

　　代洪华：虽然现在主要监测空间环境，但这些卫星就像安装了"宇宙望远镜"，能提前发现可能威胁地球的小天体，相当于给地球装了智能门铃。

　　华商报：以后科学家能用这些卫星和月球上的宇航员打视频电话吗？

　　代洪华：目前的信号传输像用老式传声筒通话，但未来如果建立月球基站，或许能实现地月视频通话。到那时，宇航员叔叔可能会在月球直播间教大家种"太空土豆"。

　　郎安琪：有了地月空间DRO轨道上的卫星星座，就像天上加了几个“超级信号路由器”，让数据传递更顺畅、更及时。未来只要把地面站、DRO卫星、“月球基地”连成一个网络，地球—卫星—宇航员之间打视频电话就成了现实。像现在我们用手机上网视频一样，只不过信号是“太空超长距离版”。

　　中国这次率先插上了红旗

　　华商报：“国际首个”意味着什么？其他国家类似计划进展如何？

　　代洪华：我们是全球首个实现地月DRO轨道长期驻留的国家。美国、欧洲也在研究类似技术，但就像登山比赛，中国这次率先插上了红旗。

　　华商报：如果给这三颗卫星起绰号，您会叫它们"月宫三姐妹"还是"太空三剑客"？

　　代洪华：它们像武侠小说里的大侠：追月剑（轨道计算）、揽星剑（环境监测）、破空剑（技术验证），合璧后能破解更多太空谜题！

　　郎安琪：叫“太空三剑客”。因为这三颗卫星各有绝活、互相帮助，并肩作战，像三剑客那样完成国际首次的硬核任务。该星座目前是地月间的“太空桥梁”，未来，随着人类的飞船驶向更远的太阳系行星，这张星座网络还能成为飞向深空的“第一跳板”。

　　未来可能“飞向更远的火星”

　　华商报：未来扩建星座的话，下一步是加卫星还是飞向更远的火星？

　　代洪华：下一步会先增加卫星数量，就像给望远镜装上更多镜片。等技术更成熟后，可能会派"卫星特工队"去火星，在红色星球周围建新基地。

　　郎安琪：“加卫星”和“飞向更远的火星”，未来都很有可能会发生，而且还相互联系、相互支持。先加够卫星，打下坚实基础，让地月之间像建高速公路一样布满“服务站”；未来火星探测多了，就需要把服务扩展到火星方向，不断往更远的地方发射新的“节点”，最终连成一张“跨星球太空互联网”。其实，这就像我们地球上的通信网络，最早是城市有信号塔，然后连成全国，最后连到全球，甚至覆盖空中、海上和极地。

　　要学好数学、物理、计算机

　　华商报：如果这是一部分孩子的梦想，他们应该从哪些科目学起？从哪些方面做起？

　　代洪华：学好数学（轨道计算）、物理（力学原理）、计算机（编程控制），多参加航天夏令营以及航天科普讲座。还可以多利用天文望远镜观察星体，并用手机APP追踪卫星，最重要的是——保持对星空的好奇心！

　　郎安琪：喜欢仰望星空，看《流浪地球》《三体》等作品，看相关纪录片，有关太空的一切都可以去探索。多动手实践，参加学校的科学社团、航模及机器人比赛、天文观测营等。

　　华商报大风新闻记者 任婷

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