中国长征火箭失利后，DRO-A和B卫星受困近地轨道，历经167天、巧用引力弹弓，终入月球逆行轨道。
去年3月13日，中国用长征二号丙火箭发射了DRO-A和B两颗卫星，本想让它们飞向月球周围的遥远逆行轨道。可惜，火箭的上级“远征一号S”没能点火，未能将卫星送入预定的转移轨道，结果这两颗小家伙被困在了低地轨道上。关于这些卫星，外界知之甚少。考虑到火箭的载重能力，它们个头不大，可能是用来测试技术和探索这种独特逆行轨道的用途。关键是，它们燃料有限，想从低地轨道自力更生飞到月球，难度堪比登天。然而，中国科学院下属的微小卫星创新研究院Microsat没有放弃，着手策划一场救援。
这场努力整整持续了167天。先是让卫星飞到远超月球的距离，再通过五次轨道机动、五次微调航线，加上地球和月球的三次引力助推，终于把它们送进了目标轨道。起初，团队在卫星离地球最近的近地点进行小规模引擎点火，一点点抬高远地点。等到远点足够高时，一次较大的点火把卫星推上了前往月球的非典型路线。最终，DRO-A和B成功分离，进入了预想的逆行轨道。据美国太空军的观测，它们的轨道远点距地球约58万公里，近点约29万公里，而月球平均距地球38.5万公里，说明它们在月球上方很高的地方绕行。
通常，飞向月球的航天器会走最简单的霍曼转移轨道：猛烧燃料起飞，三四天后抵达时再大烧一次进入轨道。可中国这次另辟蹊径，利用地球-月球系统间的混乱引力区省燃料。日本的Hiten探测器1990年也用过类似方法获救，但它进入的是普通月球轨道。而DRO是个高空、长期稳定、逆向绕月飞行的轨道，计算起来格外费劲。哈佛-史密森天体物理中心的Jonathan McDowell感叹：“稍有差错，就会偏离目标很远。”他说，月球航行的天体动力学本就比地球轨道任务复杂得多，还要涉及“弱捕获”和远距离逆行轨道，临时重做计划简直是噩梦，能做到真了不起。
所谓“弱捕获”，是指靠天体的引力抓住航天器，不需太多推进。这招省燃料，但需要精准时机和微调轨迹。McDowell解释，这种现代花哨的轨道策略是用时间换燃料。虽然耗时长，但燃料用得少。“到了转移轨道的远点(但猜测超过百万公里)轻轻一喷就能大幅调整终点。可同样的道理，小失误也会让你错得离谱。”社交媒体上流传着疑似Microsat展示的幻灯片，画出了卫星曲折的旅程，可惜研究院没回应置评请求。
这场救援的意义不仅在于救回了卫星。DRO-A和B如今在测试这种独特轨道的特性，还带了些技术活儿，比如跟一个月前发射到低地轨道的DRO-L卫星通信。虽然不是中国月球计划的主角，但国家正筹划月球导航和通信网络，这些卫星或许能提供参考。更别提DRO-A还带了个全天监视器，专探伽马射线爆发，像黑洞碰撞、中子星相撞、超新星这样的天文大戏都能逮个正着。这仪器基于中国早先的GECAM任务，但在深空视野开阔，没啥干扰。
167天的努力，既为中国月球计划添彩，也展现了航天计算的精妙。McDowell拿它跟1997年的Asiasat 3救援比，当时那颗卫星被困椭圆轨道，后用月球飞越两次送入GEO，还剩四年燃料。他直言：“这证明中国在复杂天体动力学上已跟美国平起平坐。”去年，中国还搞定了月球背面采样返回任务，涉及五艘航天器；明年计划在月南极着陆找水。这些都离不开深空导航和轨道救援的本事。到了2030年代，要建永久月球基地，这种能耐更是不可或缺。
本文译自 IEEE Spectrum，由BALI编辑发布。
