他以轨道作借条,掳走美国卫星巧追彗星,碾压各国航天局

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我一直认为我的生活与这艘航天器有关

我认为当它回到地球时,那才是我离去的时候

《火星救援》里有这么一个桥段:

蓬头垢面的物理学家帕内尔急忙忙赶往美国国家航天局。

他设想让正返回地球的赫尔墨斯号飞船,借助引力变轨,重回火星,营救马克。

这神来一笔成了救助马克的关键一步。

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虽说是电影里的桥段,但实际上引力变轨技术早已应用广泛。

如果能够事先计算好航天器相对于某天体的飞入高度、飞入角度和相对速度,便可准确地利用引力飞行。

相比于燃料喷射一路直达的豪爽方式,利用引力最大的好处便是超低消耗

虽然原理看似简单,但宇宙中各式引力纵横交错,真要利用起来并不容易。

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一款游戏里,飞船利用引力跳板加速的一幕

在冷战时期,NASA有这么一位轨道计算大师,能将引力用得出神入化。

他围绕太阳设计了83条轨道,无一出现差错。

他经常有一些稀奇古怪的想法,同事们听了纷纷觉得太荒唐。

但他总是能够将他的奇思妙想变为事实,大家都都酸酸地称呼他为“令人难以忍受的赢家”

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他曾凭借一条脑洞大开的复杂轨道和一颗即将退役的卫星,不花一分钱地完成了探索哈雷彗星的任务。

美国也因此赢下了这场太空竞赛,尽管他的卫星是“偷来的”,里根总统仍然为他点赞。

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他是NASA公认的“最聪明的人”,也是NASA如此多科学家中最胡作非为的人。

他被媒体称为“最初的太空骇客”、“星际间的牛仔和海盗”。

他只要提出一个方案,不管听着靠不靠谱,总能让他人明白什么叫“服气”。

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1932年9月12日,法夸尔出生在芝加哥市,他的童年时代并不美满,父亲早逝,母亲改嫁。

小小年纪的他比同龄人要懂得多,这也让他又更多的时间投入到自己喜欢的世界。

他痴迷飞机,房间里也堆满了各式各样的飞机模型。

这种痴迷一直伴随着他的成长 ,也为他带来了荣耀和未来。

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罗伯特·法夸尔(原名鲍勃·法夸尔)

学生时期,他便开始钻研航空技术,还时常自己制作高还原的飞机模型

他还喜欢运动,篮球和足球都是拿手好戏,只有自行车始终学不会。

他花费很多时间研究一战和二战期间的飞机发展史,对战争和历史也颇为了解。

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法夸尔喜爱的福克飞机Fokker F.II*

*注:Fokker F.II是一款由荷兰福克飞行器公司研发的飞机,是福克公司首款量产型民航机。

19岁时,法夸尔为了接触真实的飞机,不顾家人反对,执意加入军队。

他成功加入自己梦寐以求的空军,成为第82空降部队的一分子。

随后他还参加过朝鲜战争,多次辗转于不同的部队,在前线一直待到了停火

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回国后,法夸尔的家人希望他能够继续读大学。

经过深思熟虑,他觉得反正都是读书,为什么不试试往航天领域钻研呢?

他先是在加利福尼亚大学攻读工程硕士,重返校园后,他非常努力地学习,展现出了多年军旅生活中习得的耐心和毅力。

随后,他又在斯坦福大学获得了航天博士学位,凭借着读博期间在航天领域的钻研,崭露头角的他成功吸引了NASA的注意。

在NASA工作的23年,法夸尔凭借惊人的轨道计算能力在一众科学家中脱颖而出,为了NASA的首席科学家

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NASA

 法夸尔最有名的一项任务便是发射国际日地探测卫星3号(ISEE-3),用以检测太阳风。

法夸尔不仅仅在轨道计算上精确,在任务执行上也有惊人的准确度。

他将卫星的发射时间控制到了1978年8月12日晚上12点12分12秒,仅仅因为“12”是他的幸运数字。

随着点火倒计时结束,ISEE-3被发射到了太阳与地球间的L1拉格朗日点,在“光晕轨道”上相对静止地运行着。

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ISEE-3

拉格朗日点是指在在只受重力影响的情况下,两个天体周围能够保持相对稳定的五个位置。

而光晕轨道则是法夸尔在斯坦福大学攻读博士期间设计的,它在理论上使航天器能够在靠近L1、L2或L3拉格朗日点的位置做周期运动。

依照以上理论基础,ISEE-3成为了首颗被发送到了L1拉格朗日点的卫星。

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光晕轨道中的对象L1,L2或L3拉格朗日点

ISEE-3在太空中执行观测任务5年后,因为一颗彗星的到来改写了命运。

上世纪80年代初,每隔76年回归一次的哈雷彗星将在1986年划过地球上空

身处“太空竞赛”的各国纷纷提前几年放出探测器,争当首个探索哈雷彗星的国家。

不过美国认为成本太高,并不打算掺和进去。

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同期一起执行任务的还有ISEE-1、ISEE-2

此时法夸尔却向NASA提出一个0成本的项目方案。

他计划让行将退休的ISEE-3改变轨道,利用引力一路飞向即将掠过地球的哈雷彗星。

只是法夸尔设计的轨迹,看起来并不怎么靠谱

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卫星变轨并不算难题,只需要事先安排好每一次变动,利用好引力、选用功率合适的推进器,维持在既定轨道上飞行即可完成变轨。

而活用引力助推则是其中的高端玩法,不仅仅节省燃料,在某些情况下还能提速,大大缩短航行时间。

例如1982年时,美国就趁天文奇观“九星连珠”创造了罕有的机会发射了两台探测器。

探测器先后借助木星、土星、天王星的引力“拉弓弹射”,成为了探测太阳系行星最多、探测结果最丰富的行星际探测器

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利用行星引力进行加速的示意图,当前的太阳系内航行非常依赖这种方法进行加速

法夸尔的轨道虽然看起来复杂,实际上巧妙地利用引力变轨,反倒节约了燃料,提高了速度。

但鉴于ISEE-3是一台运作数年之久的航天器,难度却比想象中的大许多:燃料节约问题更为严峻。

虽然可以多次利用双切椭圆轨道飞行提高速度,再重复利用地球和月球的引力作用调整为最佳飞行方向。

但漫长的路线,对精准度的要求远超同期的飞行任务,即使一点点失误,便会造成不可挽回的失败。

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官方担心他的计划一旦失败,美国将沦为其他国家的笑柄。

另一方面,法夸尔的计划成本为0,着实吸引人。

就在官方还在纠结的时候,法夸尔已经先斩后奏,完成了变轨工作

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就在全世界航天人、天文爱好者的关注下,ISEE-3沿着这条复杂而又精确的“追星”轨迹缓缓前进。

最终,ISEE-3先朝着地球飞来,在与月球轨道相交时,骤然远离地球,随后受地球重力拉回,竟以更快速度开始逃脱地球引力。

卫星控制人员在远处遥控,卫星再次飞掠过月球,以足以拦截彗星的速度朝哈雷彗星飞去,竟赶在了多个国家之前探测到了哈雷彗星。

唯一的“变数”,是卫星在飞往哈雷彗星的途中,无意穿过了“Giacobini-Zinner”彗星的慧尾,成为了第一个飞过慧尾的人造飞行单位。

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经过这件事,ISEE-3更名为“国际彗星探险者”。

而法夸尔的行为也被他人戏称为“偷了一颗卫星”,“太空海盗”之名自此坐实。

里根总统得知探测成功的消息,也激动地寄出了祝贺信。

不过当初负责ISEE-3的科学家们愤然声讨法夸尔胡作非为,太阳粒子的探测工作都因此受到影响。

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面对这些调侃、指责,法夸尔不得不出面表个态。

他就各方对于本次变轨行为的高度重视表示赞赏与感谢,但将对用词不当者表示强烈谴责。

希望各方能够理解“偷”与“借”的差别,并始终贯彻“不问自取才是偷”的思想,同时法夸尔对卫星的归还问题予以回答,表示将在31年后归还卫星。

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原来,法夸尔并没有打算让“国际彗星探险者”从此远遁深空,他为其设计了一条更为复杂的轨迹

如果沿着轨迹分毫不差地移动,它将能在31年后的2014年重新回到L1拉格朗日点。

归还计划的消息一出,顿时点燃了大量天文爱好者的好奇心。

网上甚至出现了许多专门收录整理“国际彗星探险者”的线上档案馆。

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不过,“国际彗星探险者”的归乡路异常坎坷。

由于卫星一度与地面失去联系,1997年5月5日,“国际彗星探险者”项目正式宣布取消。

在1999年最后一次向地面传回讯息后,卫星彻底失联。

谁也无法确定,离开了卫星控制员们的微调工作,它还能不能回来,奇迹也只能等17年后再见证了。

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除了与ISEE-3的羁绊外,法夸尔还有另一件让人吃惊不已的事情。

2000年,在一次卫星探测的直播节目中,法夸尔正为大家解说探测情况。

那时候,负责探测Eros小行星的“舒梅克尔”号近地小行星顺利的完成了任务。

法夸尔突发奇想,想让“舒梅克尔”号软着陆在Eros小行星上,只不过“舒梅克尔”号探测器并没有安装着陆装置。

法夸尔简单请示了领导,领导当然是剧烈反对,但法夸尔在意吗?

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爱神星(Eros)又名“胖香蕉”

法夸尔完全没有在意领导的反对,淡定地在摄像头前宣布开始软着陆。

他完全凭借精确的计算,让探测器逐渐贴近地表,最终以每秒1.5米的速度成功实现软着陆。

“舒梅克尔”号近距离拍摄了16万幅Eros的照片,这些照片为科学家研究Eros小行星提供了大量素材。

这颗探测器也成为了人类第一颗降落在小行星表面的探测器。

探测器在降落后仍持续工作了16天,直至2001年2月28日失去联系。

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反对的领导前来祝贺

2008年9月,一个好消息让法夸尔心思又活络起来。

在美国私人科技公司KinetiX和太空总署深空网络的协力配合下,ISEE-3又一次被找到。

只不过按照现在的技术标准,ISEE-3也就相当于一个半吨重的自旋转咖啡罐罢了。

NASA并不愿意投入多余的资金,浪费在回收ISEE-3的工作上。

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孤独的太空行者

但对于法夸尔而言,ISEE-3和他仿佛冥冥之中有着联系。

一次当他生病的时候,ISEE-3也正好遭遇电池失效。

它就像是法夸尔的孩子,却不得不为了国家大计奔赴宇宙。

因此法夸尔必然不会放弃回收ISEE-3。

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2014年,根据当年的承诺,这正是ISEE-3回归L1拉格朗日点的时候

已经退休多年的法夸尔再一次号召起老伙计们,组成了一个私人组织。

经过多次与NASA沟通,成功得到了NASA的允许。

能够以民间组织的身份操作政府卫星的,法夸尔的组织还是头一个。

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法夸尔老伙计战队

法夸尔通过众筹的方式,30天筹集了计划所需的16万美元。

尽管31年的等待,当年的天文爱好者都老了,但谁不想亲自参与一次创造奇迹的运动中去?

法夸尔的团队在一家废弃的麦当劳里开始了工作,墙面上还挂着一面海盗旗。

这么说来,法夸尔也不反感“太空海盗”的称号。

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同年6月,法夸尔的团队成功与ISEE-3取得联系,只是接下来事情却往着糟糕的方向发展:

7月2日,首次点火失败。

7月8日,第二次点火失败。

8月10日,ISEE-3因为设备问题始终无法回到L1拉格朗日点。

值得欣慰的是,因为ISEE-3的轨道设计足够精确,17年后它仍将在地球上空划过。

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17年后还能不能让ISEE-3回归,已经不再重要。

因为法夸尔在2015年10月18日逝世,享年83岁。

只余下看着ISEE-3远去的遗憾,也许逝世的年月日没有一个数字“12”也挺遗憾的。

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名为ISEE-3的推特上发送的图片

ISEE-3仍在太空中寂寞前行,但它将一直在法夸尔为它设计的轨道上运作。

它如同一面旗帜,始终会划过地球,唤醒人们追寻宇宙的内心。

 

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