天文史上的今天：天上的衛星壞了怎麼辦？記人類首次太空衛星維修任務
1984年4月10日，美國宇航局「挑戰者」號太空梭的宇航員們在軌道上成功修復了一顆已經故障了3年之久的衛星。
這是人類歷史上首次在軌道上對一顆衛星進行修理。
1984年4月6日，挑戰者號太空梭發射，執行STS-41C任務，包括兩項工作：釋放一顆新衛星，修理一顆舊衛星
來源：NASA
現代社會離不開人造衛星系統，從天氣預報，到出門的導航定位，再到廣播電視直播，每一樣的背後都是衛星技術在做支撐。
但是，如果一個衛星在天上出了問題，該怎麼辦？首先當然會從地面上竭盡全力進行遠程維修，排查故障。那如果還是沒有效果呢？
兩種選擇：要麼眼睜睜看著它逐漸降低高度，最終墜入稠密的地球大氣層焚毀，或者如果它還處於受控狀態，且燃料還有剩餘，可以使其抬升高度，抵達距離地面3.8萬公里的所謂「墓地軌道」，在這樣的高度上這些被廢棄的衛星不會對正常工作的衛星產生威脅。
STS-41C任務徽標，可以很清楚的看到本次飛行的兩項任務：釋放一顆新衛星，修理一顆舊衛星
來源：NASA
但其實這件事本身就很詭異：大概除了衛星之外，人類不太會捨得造價幾個億的東西就這麼丟掉了。因為這些衛星可能所有的設備都是好的，壞掉的可能是其中某個設備而已，或者就是維持軌道高度的燃料用完了而已，其實放棄掉是非常可惜的。
那工程師們為什麼要這麼做？這個也特別好理解，因為我們沒有辦法去天上給衛星做維修，也沒辦法去給它加註燃料。於是衛星就是一鎚子買賣，要麼成，否則就只能望天興嘆，要麼自認倒霉，要麼催足頓胸。
但1984年4月10日之後，情況就發生了變化。
故障
從太空梭上看到的「太陽極大年使者」（SMM）探測器
來源：NASA
1984年4月6日，美國宇航局「挑戰者」號太空梭發射升空，執行STS-41C任務。4天之後，宇航員們在軌道上成功修復了一顆已經故障了3年之久的衛星「太陽極大年使者」（Solar Maximum Mission，SMM探測器）。
這是人類歷史上首次在軌道上對一顆衛星進行修理，事實上修理的過程也展示了美國太空梭對於低地球軌道上人造衛星的捕獲能力。
更加靠近，SMM衛星
來源：NASA
SMM探測器升空於1980年2月份，當時正值第11個太陽活動高峰期，SMM探測器將覆蓋從可見光到伽馬射線的廣泛譜段，開展太陽活動的觀測。
然而在升空10個月之後，衛星的姿態控制系統便發生了故障，使其無法準確指向。這一故障直接導致其全部7台科學載荷中的4台失靈，進而連累第5台儀器也無法工作。在「挑戰者號」升空展開營救任務之前，它已經處於故障狀態達3年之久了。
太空維修
執行STS-41C任務的5位宇航員，中間為霍夫曼，右側第二位是尼爾森
來源：NASA
要進行修理，首先需要將故障衛星捕獲。
在完成新衛星的釋放工作之後，任務的第三天，也就是1984年4月9日清晨，「挑戰者號」太空梭開始逐漸接近運行在距離地面大約500公里高空的SMM衛星，但為了防止碰撞，在距離衛星大約60多米處「停泊」下來。
隨後，兩位宇航員喬治·尼爾森（George Nelson）和詹姆斯·馮-霍夫曼（James van Hoften）穿上宇航服，出艙進入太空梭敞開的貨艙。
計劃是這樣的：霍夫曼在貨艙這裡接應，而尼爾森將使用自帶推進裝置的特製宇航服「宇航員機動裝置」（MMU）採用無繫繩太空行走方式飛行10分鐘左右抵達衛星，隨後用特製的爪扣鎖定衛星，並將其慢慢拖回到太空梭貨艙進行修理。
SMM衛星是一顆專門研究太陽活動的衛星，這是它拍攝的太陽爆發場景
來源：NASA
但中間發生了意外：爪扣始終無法固定住衛星，接連嘗試三次均以失敗告終，甚至原本每秒轉動一度左右，處於穩定自轉狀態的衛星遭受外部擾動後發生不規則晃動。
緊急情況下，地面馬上進行遠程干預，工程師們經過努力成功控制住局面，將衛星的不規則轉動穩定了下來。但是不幸的是，穩定下來的衛星太陽能板未能對準太陽，這樣它的蓄電池電量開始快速流失，情況危急。
機械臂最終成功抓獲衛星
來源：NASA
萬分幸運的是，正當SMM衛星即將因為電力耗盡而「死去」前僅有幾分鐘，它在軌道上剛好運行到有利位置，太陽光開始照射到它的太陽能板，蓄電池重新開始充電。
在一整天的無功而返後，地面控制中心必須重新作出決策，工程師們熬了一個通宵，一整晚都在構思新方案。畢竟，天上的宇航員們在等待新的指示。
宇航員在對故障衛星進行維修
來源：紀錄片《 The Dream Is Alive》畫面截圖
現在，衛星重新恢復到了每秒一度的緩慢自轉，這是有利於捕獲的，但是不能再派遣宇航員去冒險，因為此時的太空梭已經消耗太多燃料。一旦MMU宇航服出現意外，太空梭將難以前往救援。
1984年4月10日，他們決定再次嘗試，這次他們直接讓太空梭小心靠近衛星，並使用加拿大機械臂對衛星進行抓捕，最終，該方案取得了成功，衛星被成功捕獲並放入太空梭貨艙。
維修完成，準備重新釋放SMM
來源：紀錄片《 The Dream Is Alive》畫面截圖
隨後，地面遠程對衛星進行了診斷。根據診斷結果，宇航員們為SMM衛星更換了新的姿態控制系統模塊，以及日冕儀電子設備箱，再一次進行「體檢」並確認無誤之後，宇航員們將SMM衛星重新放入太空。
這次太空維修，讓「太陽極大年使者」（SMM）探測器的壽命延長了5年。1985年，美國拍攝了一部關於太空梭的紀錄片《夢想不滅》（The Dream Is Alive），裡面就提到了這個故事。
迎著地平線上的第一縷陽光，重獲新生的SMM衛星離開太空梭機艙，重新進入太空
來源：紀錄片《 The Dream Is Alive》畫面截圖
此後，這樣的衛星捕獲和維修任務還開展了數次，比如1992年奮進號太空梭在其首次飛行期間，成功捕獲了未能進入軌道的 Intelsat VI衛星並給它重新安裝了推進器，後者成功將其送入正確軌道。
當然還有更加有名的，1993年，還是奮進號太空梭，在STS-61任務期間執行了首次對哈勃空間望遠鏡的維修任務，從而一舉挽救了這個耗資巨大的太空望遠鏡。
1993年，STS-61任務，在軌維修哈勃望遠鏡
來源：NASA
可惜的是，隨著2011年美國太空梭全部退役，理論上來說，現在的人類已經喪失了在軌道上對故障衛星進行維修的能力了。
編者按：
《天文史上的今天》欄目是老嚴的一次個人歷險，試圖通過堅持365天，完整記錄一年中每一個日子在人類漫長的天文歷史中留下的印記。
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