千钧一发，航天器意外失联如何抢救？

近日，美国机智号无人机在火星表面失联两天后，与火星车、地面团队恢复联系，但因旋翼损坏，遗憾地结束了翱翔火星的生涯。事实上，在人类航天事业的发展历程中，航天器难免遭遇意外失联的惊险时刻。随着技术不断进步和航天任务日益复杂化，科研人员对航天器意外失联的认知和处置也在与时俱进。那么有哪些方法可以化险为夷？又有哪些招数，防患于未然，提高航天任务的成功率和安全性？

失联原因多种多样

除了“功成身退，寿终正寝”外，航天器意外失联往往是“内幕”复杂的突发事件，其原因是多种多样的，通常可以归纳为3个方面：航天器自身设计不足、复杂严酷的太空环境和人为因素。

美国机智号火星无人机恢复联络后，因旋翼损坏，被迫退役

众所周知，航天器在太空中面临着严酷的环境条件，包括极端高低温、辐射和微重力等。这些因素对航天器的材料和设备性能提出了苛刻的要求，因此航天器在设计和构建的过程中必须对此周密考虑。

比如，航天设计师有可能没充分考虑到太空中的极端温差因素——航天器往往一部分承受着阳光辐射下的高温，另一部分体验着宇宙背景温度下的极寒，而选取材料必须耐受这种温差，并保持性能稳定。如果科研人员对航天器的结构设计不佳，或者航天器选择的材料不具备良好的热传导性能，无法在高温下有效地排除热量，同时在低温下保持足够的柔韧性，那么就有可能导致航天器出现结构性损坏，意外失联也难以避免。

另外，航天器未使用合格的辐射抗性材料，屏蔽结构设计不佳，或者备用电路和冗余系统存在不足，都有可能放任宇宙射线电离辐射对航天器的电子元件造成潜在损害。一旦遭遇强辐射干扰，航天器就有可能与地面团队意外失联。

微重力环境也对航天器的设计产生了重要影响，要求航天器处置惯性和密封问题必须克服更加复杂的挑战。科研人员在设计航天器时如果没考虑好如何保持设备和系统的稳定性，如何处理液体、气体和热量的流动问题，那么航天器出故障的概率同样会显著增大。

不过，即使航天器拥有良好的设计，太阳风暴、宇宙射线、空间碎片等仍有可能对航天器的正常运行造成消极影响。太阳风暴的本质是由太阳活动引起的大规模能量释放，高能粒子流足以干扰或损坏航天器的电子元件，导致设备故障。宇宙射线作为来自宇宙深处的高能粒子，同样有可能穿透航天器外壳，放大电子元件的故障隐患。

而且，随着人类的太空活动越来越频繁，大量废弃的航天器零件、碎片和微陨体以极高的速度绕地球轨道运行，还有可能进一步在地月空间等更广阔的区域内泛滥，与航天器碰撞的概率也越来越大。借助高速动能，微小碎片也有潜力破坏航天器外壳，甚至引发严重的结构故障。

此外，在航天器发射和运行的过程中，人为因素也有可能导致意外失联，包括地面操控人员失误、软件错误、任务规划不当等，都会直接影响航天器安全状态。

由于人类对深空和外星球的环境了解相对有限，在那里工作的航天器意外失联更加常见。比如，机智号无人机在2023年春夏之交曾意外失联约两个月，主要原因是降落地点与担任中继任务的毅力号火星车相隔一座小山丘，导致信号中断。

抢救进程争分夺秒

当航天器与地面团队意外失联后，科研工作者通常会迅速采取一系列抢救措施，尽最大努力，争取早日重新联系上航天器，确保任务成功。

美国旅行者1号探测器已中断与地球团队正常通信

地面监控中心发现航天器意外失联后，立即启动应急预案，组织专业团队对航天器进行故障分析和原因排查。在此期间，航天器设计师和制造商将密切合作，共同制定抢救方案。

首先，专业团队会对航天器的数据记录进行分析，力争尽快确定意外失联和潜在的故障原因。几乎与此同时，地面操控人员的操作记录也会被仔细检查，确定是否人为因素引发操作失误。接下来，如果发现是软件错误，科研工作者将尝试通过软件更新或修复来解决问题。如果是任务规划不当导致航天器意外失联，他们就会重新评估任务计划，并进行调整。

在完成应急预案启动工作后，操作人员就要尝试“唤醒”和恢复航天器的功能。最常见的办法是发送指令并搜寻信号，具体包括检查航天器的电源系统、导航系统、通信系统等关键部件运行情况，重新配置航天器的任务模式等，还有可能调整航天器姿态。

如果经确认是航天器通信系统出现故障，地面控制团队将启动备用通信设备，以提升重建通信的成功率。这些设备将利用激光、毫米波等，在理论上能够实现更高的通信速率和更远的通信距离。

为了争取抢救时机，地面控制团队还会借助多方合作和资源调配，利用其他航天器协助搜寻“意外失联者”。例如，在轨卫星和火星车等可以提供导航定位、遥感监测等支持，帮助地面控制团队尽快确定目标航天器的位置，至少有助于缩小搜索范围，提供关键信息。比如，毅力号火星车曾爬上山顶，扩大通信范围，缩小信号盲区，与机智号无人机重新建立通信。

预防措施严谨全面

虽然无法完全避免航天器意外失联事件，但通过采取一系列预防措施，科研人员可以减少此类意外发生，提高航天器的安全性和任务成功率。

意外失联的航天器经常会出现运行姿态异常

毫无疑问，航天器制造和质量控制是预防意外失联的关键。航天器的设计和制造工作人员应严格执行质量控制和管理流程，包括强制性测试和验证程序，以确保航天器在出厂前具备出色的可靠性和稳定性，降低故障率，延长航天器的正常运行时间和工作寿命。

此外，制造商还应密切关注航天器的维护和检修状态，及时修复和更换可能存在隐患的部件，最大程度地减少航天器因自身不足而意外失联的风险。

事实上，冗余设计是提高航天器可靠性和容错能力的重要手段之一。通过使用双电源系统、多重通信链路、备份软件等，航天器遭遇某个部件或系统故障时，能够自动切换到备份工作，正常运行。这样，航天器及时应对故障的能力大增，显著提升了任务成功的可能性。当然，在制造过程中，备份设备同样需进行严格测试和验证。

随着人工智能等技术进步，加强航天器的自主监测和诊断能力也将是避免意外失联的有效手段。到那时，航天器能够及时检测到运行异常的蛛丝马迹，发出故障警报，自主分析故障原因，自动启动修复程序或者切换备用设备运行。自主导航系统还可以帮助航天器在信号不佳、定位不准的情况下维持正常运行。这些先进技术和功能的引入，必将显著提高航天器的自主性和安全性，使意外失联不再那么“可怕”。

另外，通过优化航天器任务规划和轨道设计，科研人员也可以尽量控制太空环境因素的影响，提高任务成功率。比如，在选择航天器的轨道和飞行路径时，科研人员有必要考虑太阳风暴爆发时机、空间碎片密集区等因素，降低航天器受损风险。这需要科研人员掌握足够的太空环境变化迹象和规律，综合权衡太空环境变化趋势、空间天气预测、航天器任务可行性等，最终制定出最佳的任务规划和轨道设计策略。

总之，航天器意外失联属于危急关头的突发状况，要求地面控制团队具备迅速反应、精准判断和高效执行的能力。同时，通过加强航天器的预防和应对措施，科研人员有望尽量减少此类事件，提升航天任务的成功率。未来，随着航天技术不断进步和航天任务规划水平提升，相信航天器抢救措施和事故预防方案会提供新的“惊喜”，促使航天器的安全性和可靠性再创新高。