如同我們?nèi)ヒ粋€(gè)遙遠(yuǎn)的地方旅行，往往要事先做攻略、規(guī)劃行程。航天器在宇宙航行之前，也要對(duì)“旅程”做好詳細(xì)規(guī)劃，以便更快、更好、更省力地到達(dá)目的地。

航天器軌道設(shè)計(jì)師的工作就是運(yùn)用軌道力學(xué)原理，結(jié)合航天任務(wù)需求，研究航天器和相關(guān)天體的運(yùn)行規(guī)律，為航天器找到一條完美的飛行線路，幫它們做好規(guī)劃。

太空航行的規(guī)劃者

“天何所沓？十二焉分？日月安屬？列星安陳？”我國古代詩人屈原在2300年前就對(duì)日月星辰的運(yùn)行規(guī)律提出了疑問。近百年來，軌道力學(xué)經(jīng)歷了從建立到應(yīng)用、再到發(fā)展的階段，不斷地?cái)U(kuò)大了人類所能觸及的宇宙范圍。

在實(shí)際工作中，航天器軌道設(shè)計(jì)師不僅要掌握軌道力學(xué)理論和各系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)，還要充分發(fā)揮現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的算力優(yōu)勢(shì)。

航天器運(yùn)行過程會(huì)受到天體的萬有引力、天體質(zhì)量分布不均導(dǎo)致的非球形引力、太陽光照射航天器產(chǎn)生的壓力、大氣層對(duì)航天器帶來的阻力，以及航天器自身的控制力等各種影響。因此，航天器軌道設(shè)計(jì)師需要具有較強(qiáng)的編程和數(shù)據(jù)分析能力，可以基于各種影響因素建立軌道力學(xué)模型，著眼于航天器自身及各個(gè)系統(tǒng)，分析航天器的飛行過程是否能滿足任務(wù)要求，選擇最優(yōu)的飛行軌道。

計(jì)算機(jī)前“畫圈圈”在哪里工作

航天器在太空中運(yùn)行到不同位置時(shí)受力情況不同，表現(xiàn)出的特性也不相同，航天器軌道設(shè)計(jì)師可以利用軌道的特性實(shí)現(xiàn)航天器的不同功能，例如通信、導(dǎo)航、遙感等。航天器軌道設(shè)計(jì)師還需要針對(duì)不同航天器的任務(wù)特點(diǎn)進(jìn)一步發(fā)掘，選擇最優(yōu)的工作軌道類型和參數(shù)。

如何到達(dá)工作地點(diǎn)

選定航天器的工作軌道后，下一步要解決的問題就是怎樣以最少的燃料消耗到達(dá)該軌道。這個(gè)問題涉及對(duì)轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)行特性分析，并將轉(zhuǎn)移軌道初始點(diǎn)與運(yùn)載發(fā)射彈道、結(jié)束點(diǎn)與工作軌道拼接到一起。

優(yōu)化路線

確定轉(zhuǎn)移軌道和工作軌道后，就得到了整個(gè)飛行過程的輪廓。此刻，航天器軌道設(shè)計(jì)師需要進(jìn)一步對(duì)軌控策略進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終對(duì)全飛行過程進(jìn)行建模、分析，結(jié)合各系統(tǒng)需求迭代改進(jìn)，采用多種方法反復(fù)計(jì)算和復(fù)核，優(yōu)化軌道參數(shù)和軌控策略。

搭建“鵲橋”

2024年3月20日發(fā)射的鵲橋二號(hào)中繼星在“繞、落、回”探月工程四期任務(wù)和后續(xù)探月任務(wù)中，起著承上啟下的作用。

為了匹配嫦娥六號(hào)探測器與鵲橋二號(hào)中繼星通信距離、通信時(shí)長、多發(fā)射窗口的需求，航天器軌道設(shè)計(jì)師根據(jù)大量的仿真分析，識(shí)別出月球大橢圓軌道的穩(wěn)定性和軌道變化特征，設(shè)計(jì)了環(huán)月大橢圓太陽同步凍結(jié)軌道；并針對(duì)大系統(tǒng)對(duì)發(fā)射窗口的要求，以最少的燃料，通過一次變軌，大幅改變多個(gè)軌道參數(shù)。

結(jié)合評(píng)估專家意見和相關(guān)科研單位的復(fù)核結(jié)果，航天器軌道設(shè)計(jì)師對(duì)軌控策略進(jìn)行了優(yōu)化，采用了四脈沖聯(lián)合控制策略，不僅將各次軌控的時(shí)間調(diào)整到地面上我國測控站可見范圍內(nèi)，而且消除了鵲橋二號(hào)中繼星不同發(fā)射窗口下的工作軌道的差別，降低了工程實(shí)施的難度。

太空翱翔 遠(yuǎn)程遙控

除此之外，航天器軌道設(shè)計(jì)師還要進(jìn)行誤差影響分析和故障情況下軌道應(yīng)對(duì)策略的研究，并分析判斷是否需要進(jìn)行軌控來消除這些誤差以及消除的代價(jià)，即根據(jù)航天器的需求，判斷在各種故障情況下，飛行方案和控制策略是否需要改變，是否需要設(shè)計(jì)新的飛行方案以完成任務(wù)目標(biāo)，以便在航天器飛行階段能快速識(shí)別誤差影響，出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)提出有效的應(yīng)對(duì)方案，降低損失。

航天器發(fā)射進(jìn)入太空飛行是最令航天器軌道設(shè)計(jì)師激動(dòng)和欣慰的時(shí)刻，它們?cè)谔焐涎刂榷ǖ穆肪€堅(jiān)定地向前飛，軌道設(shè)計(jì)師在地上盯著屏幕默默守護(hù)，這是軌道力學(xué)理論到工程的實(shí)踐，也是對(duì)軌道設(shè)計(jì)方案和結(jié)果的檢驗(yàn)。在飛行實(shí)踐中，軌道力學(xué)理論不斷傳承和發(fā)展，軌道設(shè)計(jì)技術(shù)不斷豐富和更新。

（責(zé)任編輯 / 王佳璇" 美術(shù)編輯 / 胡美巖）