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小火箭出品

本文作者：邢强博士

本文共13053字，47图。预计阅读时间：1小时。

卫星是通过运载火箭发射进入轨道的。有时候，运载火箭会出一些状况，使得卫星无法正常进入轨道，留下“出师未捷身先死”的遗憾。但是，有的卫星不甘于就此在茫茫宇宙中孤零零地漂浮着。它们与不公的命运搏斗，用智慧和坚韧谱写了太空中的传奇。

小火箭在本文要和大家说的，是上世纪90年代的那颗休斯公司的传奇卫星的故事：一颗原本要发射进入地球同步轨道的卫星，因运载火箭的问题，没能入轨。在大部分工程师认定卫星已不可挽救后，保险公司给出了赔付。而休斯公司和卫星本身并未放弃努力，那一年，她已无力飞向地球同步轨道，但却开始努力奔向月球……

升空

世界标准时间公元1997年12月24日23点19分00秒，一枚质子K-DM3运载火箭从哈萨克斯坦拜科努尔航天基地拔地而起。（质子运载火箭是苏联解体后，留给俄罗斯的运载能力最强的在役运载火箭。这款火箭在建设和平号空间站以及之后的建设国际空间站的任务中，功不可没。详见小火箭的公号文章《质子火箭：空间站的建设者》。）

在1997年的圣诞节前夜发射的这枚火箭携带的载荷，是休斯公司生产的亚洲3号卫星。该卫星重3.4吨，拥有28个C波段转发器和16个Ku波段转发器，主要任务是为亚洲地区提供电视广播服务。

1998年世界杯由法国举办，而世界杯之父雷米特的祖国正是法国，在这一届世界杯上，赛制再度发生变化，24支参赛队扩充为32支参赛队。从1997年下半年开始，全球对卫星电视的需求猛增，这颗卫星的发射可谓是生逢其时。

小火箭再补充说一下，在哈萨克斯坦的拜科努尔由俄罗斯的质子火箭来发射由美国休斯公司研制的亚洲卫星，这本身就是一个商业卫星业务开始全球化大发展的很好的案例。

而发射亚洲3号卫星的这个工位（拜科努尔81发射场23号工位），更是有着光辉的历史：就在整整19年前，1978年12月25日，从拜科努尔81/23工位发射的金星11号探测器完成了飞掠金星并成功释放金星着陆器的壮举。大名鼎鼎的苏联火星3号、火星4号和火星-6号火星探测器也是在这里升空的。

再往前追溯10年，在1968年9月14日，就在这个发射工位，Zond-5（探测器5号）由质子火箭发射成功。4天后，该探测器成功到达月球轨道。9月22日，探测器5号返回舱携带环绕月球飞行过的俄罗斯陆龟、黄粉虫、精心选育的一些细菌和种子成功溅落在印度洋并最终被苏联军舰回收，成为了世界上第一颗近距离探测过月球并成功返回地球的探测器。

小火箭觉得，发射休斯公司的亚洲3号卫星的这枚质子火箭此时或许会有一些心有不甘吧。29年前，质子火箭发射世界上首颗返回式月球探测器；26年前，质子火箭开始发射一系列火星探测器；19年前，质子火箭发射飞向金星的探测器。

而此时此刻，质子火箭在同样的发射工位，却在发射只能到达地球同步轨道的一颗商业卫星。小火箭在上图给出了月球轨道（38万公里）与地球同步轨道（3.6万公里）的示意图（地球在同心圆的圆心处）。轨道高度差了十几倍呢。当然，要是比起2.25亿公里的地球与火星的平均距离而言，到达地球同步轨道的这个高度更是不值得一提了。

报废

休斯公司和亚洲卫星公司的员工，在1997年圣诞节前夜，都在密切关注着亚洲3号卫星的发射情况。1997年，对于亚洲来说是不平凡的一年。这一年的夏天，亚洲金融风暴爆发，其影响力和破坏力史上罕见。

而休斯公司也迎来了巨大的变化，就在亚洲3号卫星发射的这个月，休斯公司的防务分部正式与美国雷声公司签署了合并协议。这是一桩大买卖，合并后的公司成为了年营业额在200亿美元以上的军火巨头。全世界军工和航空航天产业相关的人都在关注着这次休斯与雷声合并之后，休斯公司研制的卫星的首次发射。

然而，出事了。

搭载亚洲3号卫星的质子火箭，发射是顺利的。但是火箭第4级在进入地球同步转移轨道之前，突然意外关机。这导致卫星并未获得足够的速度，没能进入预定轨道。

亚洲3号卫星被滞留在一条近地点203.2公里，远地点36000.8公里，倾角为51.2°的大椭圆轨道上。这条轨道与地球同步轨道相去甚远（地球同步轨道：偏心率为0，轨道高度35786公里，轨道倾角0°。）

这样的大椭圆轨道原本是用于向地球同步轨道转移的临时轨道，本身并不具有明确的商业应用价值。

那么，亚洲3号卫星能够通过自己的努力，把自己抬升到地球同步轨道上么？

难，非常非常难。

小火箭在这里给出另外一个角度的示意图。我跑了两条轨道。上图红色的是亚洲3号原本要进入的地球同步轨道，黄色的是1997年圣诞节的时候，亚洲3号卫星实际所处的轨道。

受拜科努尔发射场81/23发射工位所处纬度和质子火箭发射卫星的弹道特征的影响，原本的转移轨道就是一条倾角非常大的轨道。

把这么大的倾角（51.2°）调整到0的话，会耗费大量燃料。3.4吨的亚洲3号卫星在与意外关机的质子火箭成功分离后，自身携带有1.7吨的原本用于轨道保持的燃料。

经过计算，即使把1.7吨燃料全部用上，也难以把卫星调整到地球同步轨道上。就算勉强调上去了，卫星的也会耗尽全部的力量，累死在地球同步轨道上，成为一颗白白浪费宝贵的地球同步轨道资源的太空垃圾。

完蛋了，当时几乎所有的人都是这么想的。

圣诞节的欢乐气氛并没有让1997年12月底的俄罗斯质子火箭发射团队和美国休斯公司的冰封情绪有所缓解。亚洲卫星公司与27家投保了这次发射任务的保险公司还有保险公司聘请的弹道、轨道专家组成了联合小组。

经过周密计算，联合小组给出了结论：

亚洲3号卫星无法仅靠自身的能力进入预定轨道。此次发射任务被认定为“彻底失败”，卫星被认定为报废星。原投保协议开始生效，休斯公司将得到保险公司支付的2亿美元的赔偿金。

为符合小火箭风格，我查找了1997年到现在的相关经济指数和当前的汇率，给出：

1997年的2亿美元相当于现在的3.26亿美元，即人民币22.12亿元。

博士

1998年1月，曾经在NASA JPL（美国宇航局喷气推进实验室）工作了11年的雷克斯·里登尔和他之前在JPL的同事，弹道和轨道设计师，纽约大学的贝尔布鲁诺博士聊到了这件事情。

里登尔和贝尔布鲁诺博士在傍晚走在加利福尼亚州一条人很少的小路上。加州一月份的阵阵凉风吹着两人手里拿的报纸和稿纸。

贝尔布鲁诺：“你知道休斯公司的那颗亚洲3号卫星吧？”

里登尔：“嗯，我在前不久的新闻中读到了。卫星没能入轨，按协议，保险公司应该会全额赔付。”

贝尔布鲁诺：“老兄，我觉得这颗卫星还有的救。”

里登尔听到这句话，就站住了。如果是别人跟他说这个，他或许会以为是玩笑话，一笑了之。而贝尔布鲁诺，这个他在JPL多年的同事，这位痴迷于弹道计算和轨道设计的博士，能够说出这句话一定有他的道理。

这位已经47岁但仍精力充沛的博士为人低调，其名字在圈外少有人知，但是做过相关项目的人会知道，伽利略号木星探测器、麦哲伦号金星探测器、尤利西斯号太阳探测器、火星观测者号火星探测器的轨道设计中，都有这贝尔布鲁诺博士的巨大贡献。

里登尔小心翼翼地回答他：“老弟，咱们俩都不在休斯公司供职，何况这颗星已经被宣告报废了。而且，很多弹道工程师都算过了，靠卫星自己的能力，是不成的。”

贝尔布鲁诺博士淡定地拿出他的稿纸，上面简略地画着他的想法。

里登尔想起来了：贝尔布鲁诺弹道！

或许小火箭在这里应该补充说一下有关贝尔布鲁诺弹道的事情。

众所周知，通常卫星变轨采用的是霍夫曼变轨技术：

上图是霍夫曼变轨技术的经典示意图：绿色的1号轨道为高度较低的圆轨道，红色的3号轨道是较高的圆轨道。卫星从1号轨道某处点火加速，就会形成一个椭圆转移轨道（黄色的2号轨道）。在2号轨道的远地点处再次点火，卫星就会进入3号圆轨道了。

这种由德国物理学家瓦尔特·霍夫曼在1925年提出的变轨方法多年以来一直被几乎所有的卫星和深空探测器所沿用。

但是，贝尔布鲁诺在1986年提出了模糊边界理论，给出了有别于他的德国老乡霍夫曼老前辈的新的方案：

上面3幅图是贝尔布鲁诺弹道的示意图。用这种方法去月球的话，非常节省燃料。

以上是小火箭对贝尔布鲁诺弹道的一些补充。这种弹道的好处是省燃料，缺点是只能做掠飞。小火箭将在本文后半部分给出另外的弹道和轨道计算，这里就不在详细说了，继续回到小火箭讲述亚洲3号卫星的叙事线吧！

贝尔布鲁诺博士向老同事里登尔展示了他的想法：

让亚洲3号卫星飞掠月球！利用月球的引力弹弓来赋予卫星新的力量，并借此机会一举进入地球同步轨道！

里登尔和贝尔布鲁诺博士就一些细节又讨论了几次。然后，他决定要让博士的算法在拯救亚洲3号卫星的行动中试一把。里登尔除了在JPL工作过11年之外，还在上世纪70年代在休斯公司工作过5年。这5年时间里，他参与了5个比较大的太空探索相关的项目。虽然和休斯的同事们很多年没联系了，但是里登尔觉得当年大家处得关系还不错，应该可以试着联系一下。

电话

1998年1月16日，里登尔拨通了劳伦·斯拉夫尔的电话。劳伦是里登尔的老朋友了，如今在休斯公司担任航天飞行器姿态控制系统的首席科学家一职。

劳伦跟这位已经有4年没有联系的老朋友交了底：

“公司正在做两手准备。首先是向保险公司交付这款卫星。毕竟赔付之后，这款卫星的所有权现在已经归保险公司了。另外，亚洲3号卫星本身是完好的，就这样宣布报废实在是太浪费了，公司正在想尽办法来拯救她。但是目前所有的方案在计算之后的结论全部是：无法拯救。”

里登尔告诉劳伦：“或许我们可以想想其他的法子。但是前提条件是我得了解了解卫星现在的状态是怎样的。”

劳伦把休斯公司负责亚洲3号卫星的工程师克里斯的电话号码告诉了里登尔，两人又寒暄了几句，通话就结束了。（在这个时候，或许首席科学家劳伦依然不太相信能够有拯救亚洲3号卫星的切实可行的方案出现。）

里登尔和克里斯也是认识的，只不过两人十几年都未曾联系了。

“有关亚洲3号的细节，恕不能提供太多。律师建议我们不要多说话，而我正在着手向保险公司正式移交这颗卫星。”克里斯的话语中透出一种疲惫和无奈。显然，这几天他被媒体和保险公司的人给折腾坏了。和老朋友通话的愉悦并未点亮克里斯的情绪。

里登尔注意到了克里斯的情绪，他以轻松的口吻说：“老朋友，你只需要告诉我亚洲3号卫星现在的状态，我就能给你个或许是相当不错的建议呢。”

克里斯：“老兄，咱们共事多年，轨道计算大家都熟的，目前这个情况下，还能有些什么建议呢？”

里登尔笑了，他突然想到，这个时候可不是提出让亚洲3号卫星往月亮上跑的好时机。他换了个方式来表述，没有提月球：“嗯，克里斯，你知道的，我和一位朋友最近对一种非常规的变轨技术很感兴趣，我们或许能够给卫星找个好去处，哈哈。”

克里斯从里登尔的话中听出了一些深意。

他说道：“公司有规定，不能向外透露太多细节。但我可以说的是，目前媒体上给出的亚洲3号卫星的报道所用的数据基本上是可用的。亚洲3号卫星用的是休斯HS601HP型大功率三轴稳定平台，有关卫星的大量参数，老兄可以从公司数据库里调阅。卫星现在处于我们的正常控制中，状态良好。我准备把她的轨道往上抬一抬，具体抬升的高度应该是150公里。”

里登尔感激地告诉克里斯，他已经得到了所有必需的信息了。

1998年1月19日，里登尔和贝尔布鲁诺博士再次通了电话。这个电话是决定性的：两人通过计算，都已经确认，使用贝尔布鲁诺弹道的话，能够在不到2个月的变轨过程中让亚洲3号卫星定点在地球同步轨道上。

时间长达2个月的变轨！这个在地球同步轨道卫星的发射中，是非常罕见的。如果按正常情况的话，质子火箭发射地球同步轨道卫星，从点火到入轨，需要的时间是9小时14分钟。

小火箭曾经在小火箭经典导弹与运载火箭系列文章中答应了大家要讲一下轨道相关的事情，并且以质子运载火箭发射地球同步轨道卫星给出了算例。

在本文，为了对比需要，小火箭再次给出用质子火箭发射地球同步轨道卫星的过程：

基本上，要想把卫星（或者其他载荷）送到地球同步轨道上的话，需要12步（小火箭给出的这个算例以从拜科努尔基地发射的质子-M运载火箭为基准）：

1. 火箭发射；

2. 上面级分离；

3. 上面级第1次点火；

4. 进入一个距离地面173千米，倾角为51.5°的停泊圆轨道（此时，研制质子火箭基础级的兄弟们可以庆祝了）；

5. 上面级第2次点火，开始变轨；

6. 进入一个近地点295千米，远地点6000千米，倾角为51.0°的椭圆轨道；

7. 抛掉和风上面级的外挂贮箱；（做轨道设计的同学，要注意，和风上面级的外挂贮箱的抛弃对后续轨道的计算有重要影响，计算和复核轨道数据的时候，要加以考虑。）
   

8. 上面级第3次和第4次点火，再次变轨，进入转移轨道；

9. 和风上面级的外挂贮箱进入一个近地点361千米，远地点14930千米，倾角50.8°的临时轨道；

10. 转移轨道参数：近地点475千米，远地点65044千米，轨道倾角50.5°；

11. 上面级第5次点火，终于进入目标轨道；

12. 释放载荷，该算例中，卫星在东经135.8°的赤道上方。
    

嗯？不仅仅想知道步骤，还想知道整个任务中的时间节点（同学，你这就是来抄答案的吧？满足你吧。）

质子-M火箭与和风上面级发射地球同步轨道卫星的关键节点：

整个任务用时9小时14分钟。

奔月

从小火箭给出的算例来看，亚洲3号卫星是卡在上述算例的第5步了。这个倾角为51.2°的临时轨道或许会是她生命终结的地方。

但是，事情还是有转机的。

1998年2月份，里登尔和贝尔布鲁诺博士正式造访休斯公司，开始细致地讲解拯救亚洲3号卫星的全过程。

上图为小火箭搜集和整理拯救亚洲3号卫星相关技术细节的过程中，一位在遥远的地方做轨道设计的小火箭好友向小火箭提供的当年的技术文档。上图标号24的轨道就是最终要到达的地球同步轨道。标号18的轨道为月球轨道。标号从15a到15k的一系列轨道为逐渐抬升高度的椭圆轨道。标号19的轨道为奔月轨道。标号为20的轨道为从月球返回的轨道。

休斯公司的轨道设计师与里登尔、贝尔布鲁诺博士一起对轨道进行了再三校核，终于，笼罩在公司上空2个月的阴霾开始消散。

亚洲3号卫星有救了！

1998年3月，休斯公司的法务人员和技术人员开始动身，到保险公司去游说：卫星虽然已经是保险公司的财产，但是，如果就这样在倾角为51.3°的椭圆轨道上转圈圈的话，并不会产生任何商业价值。对于保险公司来说，这颗卫星只能算是账面的财产，并无实际用途。而休斯公司已经想到了拯救卫星的方案，一旦拯救成功，卫星就可以产生商业价值。休斯公司愿意和保险公司分享拯救成功后产生的利润。

保险公司欣然同意。

公元1998年4月5日，协议正式签订。此时，亚洲3号卫星运行在近地点350公里，远地点36000公里，倾角51.1847°的大椭圆轨道上。（比之前的轨道抬升了一些，为了在谈判期间尽量维持卫星的寿命，避免因近地点高度过低而过快耗散卫星的能量。）

休斯公司造了那么多颗卫星，而这是该公司真正拥有的第1颗卫星。

于是，他们给卫星起了一个新的名字：HGS-1，也就是休斯1号卫星。不过，为了不至于引起歧义，在本文，小火箭仍将该卫星称作亚洲3号卫星。

1998年4月10日，休斯公司在指挥控制大厅发出指令，点火！

亚洲3号卫星开始了通过奔月来自我救赎的漫漫征程。

小火箭在这里要补充的是：亚洲3号卫星上面的轨控发动机的型号是R-4D-11-300。这个名字眼熟吧！没错！这款发动机本来是用在阿波罗计划中的，是阿波罗飞船的姿态控制发动机。R-4D火箭发动机相当成功，后来在多款商业卫星、在欧洲和日本的货运飞船上都得到了大量应用。（详见小火箭的公号文章《世界上最大的货运飞船：以爱因斯坦和凡尔纳为名》）

如果再回想起小火箭在本文一开始，讲到质子火箭发射亚洲3号卫星所在的拜科努尔81/23发射工位的话，或许大家会和小火箭有同样的感觉：

冥冥之中，一切仿佛是有定数的。

亚洲3号上面使用了诞生在阿波罗登月计划中的发动机，而亚洲3号的发射工位是人类首次发射返回式月球探测器的地方。

这么说来，亚洲3号卫星的奔月之旅还是“师出有名”的。

以下是小火箭给出的休斯公司拯救亚洲3号卫星的详细过程，数据来自第一手资料并已通过小火箭的计算验证，如果其他地方与本文数据不一致的话，建议以本文为准或给小火箭留言共同探讨。

1998年4月10日，亚洲3号卫星第1次为奔月点火，速度增量为55.113米/秒。

之后，亚洲3号卫星连续进行较短时间的点火，缓缓地抬升轨道高度。

到1998年5月7日，亚洲3号卫星已经进行了11次近地点点火，轨道半长轴由4月10日的24549.2615公里抬升到了现在的166942.423公里。

人类设计和生产的商业飞行器，从未到达过如此的高度，这已经远远超出了地球同步轨道的范畴。从此以后，亚洲3号卫星每走一步都是在创造一个新的纪录。

公元1998年5月7日，世界标准时间21点00分00秒，休斯公司给亚洲3号卫星发出了一条很猛的指令：

结束当前环绕地球飞行的大椭圆轨道状态，开始直奔月球！

亚洲3号卫星得到指令后，轨道发动机猛然点火，卫星加速到了10.699公里/秒。（这个速度超过了有史以来的所有的商业卫星，也超过了绝大多数的军用和民用飞行器，只有屈指可数的几种深空探测器的速度比她快。在地球同步轨道上，卫星运行的速度为3.08公里/秒。亚洲3号卫星此时的飞行速度是地球同步轨道卫星的3.47倍。昔日我到不了你的轨道，今日你在仰望我的同时，体验到了望尘莫及的感受。）

这个速度有多大呢？稍微再努力一下子，达到11.2公里/秒的话，卫星就达到了第二宇宙速度，可以彻底摆脱地球引力奔向深邃的太阳系深处了。而金星比地球稍微小一点，在金星上，这个速度为10.3公里/秒。也就是说，如果亚洲3号卫星是绕着金星转的话，1998年5月7日的这一下子加速，就足以使其摆脱金星引力的束缚了。

细心的工程师或许已经发现了，既然卫星能够这么猛，把速度增加到10.699公里/秒，那么为什么不干脆直接用这种多次点火的方法来挪蹭到地球同步轨道上呢？

小火箭通过计算来解答：

上图是小火箭给出的大倾角大椭圆轨道直接向地球同步轨道转移的轨道。

小火箭计算后发现，这样变轨的话，卫星需要消耗1687.55公斤燃料。这是个什么概念呢？

亚洲3号卫星总共就只有1700公斤燃料。卫星就算是到了同步轨道，也没有什么剩余的燃料来维持这条轨道了。

当然，如果放在1998年，休斯公司的轨道设计工程师也会给出类似的设计，计算的结果和小火箭应该比较接近。这就是为什么当时保险公司也认定卫星没救了的原因。按传统方法的话，不是不能，而是代价太大，入轨了，剩余寿命同时也就没了。

因此，还是试试贝尔布鲁诺博士的方案吧！

经过5天18个小时的飞行，亚洲3号卫星在1998年5月13日到达了月球附近！

贝尔布鲁诺的弹道得到了充分验证。亚洲3号卫星也就成为有史以来第一颗成功奔月的商业人造地球卫星。

小火箭觉得，这或许也会是人类制造的唯一一颗飞掠月球的电视广播通信卫星了。

要知道，这原本是一颗设计用来在地球同步轨道上老老实实地转发电视广播信号的通信卫星啊！而现在，她简直就是一颗月球探测器。（很可惜的是，亚洲3号卫星上面没有高清摄像机，也没有其他遥感设备，否则就真的可以执行月球探测任务了。）

小火箭画了月球轨道和地球同步轨道的示意图，见上图和下图。可以感受一下两条轨道的巨大差别。

小火箭查了一下，北京至天津的铁路里程是122公里，而北京至上海的铁路里程为1318公里。从北京出发，到上海的距离是到天津的距离的10.8倍。而月球到地球的平均距离为38万公里，地球同步轨道的高度则为3.6万公里，是10.6倍的关系。

也就是说，亚洲3号卫星本来想从北京去一趟天津，结果到了上海。仔细问一下，亚洲3号卫星会说，她是要先去一趟上海，再从上海回天津，以便大量节省能量。轨道动力学，就是这么有趣。

这是后来艺术家根据1998年5月13日，亚洲3号卫星飞到月球附近的这个大事件创作的作品。当然，这是艺术创作，允许和事实稍微有点不同。这颗卫星的太阳能帆板实际上在奔月的过程中是处于折叠状态的。（实际上展开了也不是这个样子的。亚洲3号卫星的太阳能帆板是长方形的，每侧4块板子。）

亚洲3号卫星实际上长这个样子。

但是，那幅艺术作品的意境还是有的。因为很明显，那是在向上图的这个阿波罗飞船致敬。

回到休斯公司。

1998年5月13日，亚洲3号卫星向控制大厅报告：与月球首次交会！

哎呦呵！或许又有人有疑惑了：休斯公司，这么一家研制卫星的公司，顶多算是个整星提供商吧。难道会拥有深空探测能力？当时在全世界也就只有包括NASA在内的那么几家“官方”机构拥有如此强大的遥测能力吧？还有，休斯这么一家研制商业卫星的公司，能整明白探月轨道么？

嘿嘿！这可就是小瞧了休斯公司了。

看！这是啥！这是美国第一个实现了在月球上软着陆的探测器：勘测者1号。

谁研制的？  答：休斯公司！

勘测者1号由休斯公司设计和制造（注意，不仅仅是制造，整个研发过程都是休斯公司独立完成的）。1966年6月2日，勘测者1号软着陆在月球的风暴洋（小火箭风格：具体坐标是南纬2.45°S，西经43.22°W）。该探测器可靠工作了1年半，向地球传回了超过2万张图像。

这比阿波罗11号登陆月球足足早了3年。这是美国首次掌握月球软着陆技术的探测器。实际上，休斯公司手里还有太空对接、深空轨道设计等多项专利。这些专利是在上世纪60年代就取得的，因此之后还与NASA就相关专利有过纷争呢。只是后来自知理亏的NASA用给予休斯公司大量科研项目的方法来化解了专利纷争。

从此世人只知NASA而少有人再提休斯。

再次回到1998年5月13日。

当日11点52分03秒，休斯公司里的人表情都很凝重。

所有人都在盯着显示屏上面的轨道数据，一言不发。

亚洲3号卫星与地球的通讯突然中断了。

不过，这是预料之中的。卫星并没有遇到什么突发状况，而是进入了月影之中。这是人类制造的商业卫星首次飞掠月球背面。小火箭为亚洲3号卫星此时没有携带一台相机而再次感到惋惜。

当然，这个时候还是会出现一些情况的。如果轨道没算好，或者月球背面有什么情况的话，亚洲3号卫星可就是一去不回了。

飞掠月球的轨道不是那么容易设计的。月球并不是规规矩矩地绕地球那样转的。淘气的月球，其轨道的近地点会发生进动。整个月球轨道实际上会像上图那样打转的。因此，奔月不仅要研究位置和速度，还要讲究时机。

1998年5月13日中午，到了该吃午饭的时候，大家都没有动身。

11点52分，亚洲3号卫星进入月影，到现在，已经过去了15分钟，依然杳无音信。

12点20分，大厅里突然响起雷鸣般地欢呼声。亚洲3号卫星传回了进入月影以来的第一个信号：各传感器报告数据，一切正常！

整整28分钟，休斯公司的工程师们度过了难熬的28分钟静默期后，迎来了欢呼的时刻。

休斯公司重新恢复了对亚洲3号卫星的控制。

12点55分，亚洲3号卫星到达近月点，创造了商业卫星距离月球最近的纪录：6167.302公里。

1998年5月13日下午16点00分，亚洲3号卫星向地面报告：

轨道参数正常，卫星状态正常，正飞向地球。

贝尔布鲁诺博士的“弹道式飞掠”轨道方案得到了充分验证。而亚洲3号卫星也正在奔赴地球同步轨道的路上。

从1998年4月10日亚洲3号卫星为了奔月而第1次点火到现在，已经过去了1个月零3天的时间。按这样的轨道，用不了2个月的时间，卫星就能够进入一条非常接近于地球同步轨道的，倾角为18°的轨道。

这样的轨道，已经有了比较大的商业价值。在同一片海域，每天可以使用5个小时以上，可以为远洋船舶、军用舰艇提供专属的通信服务。休斯公司的营销团队已经在摩拳擦掌准备推销这个服务了。

再奔月

但是，如果传奇仅止于此的话，那就不值得小火箭花费如此大的代价来挖掘了。

实际上，休斯公司在5月13日就改了主意。贝尔布鲁诺博士的轨道设计得到了充分验证，而休斯公司的工程师们的创造力这时也被激发出来了。

首次奔月成功后，休斯公司的工程师决定，让亚洲3号卫星再奔一次月！

这一次，他们要借助月球的引力弹弓效应来大幅减少卫星的燃料消耗。

卫星得救了，而如果燃料能够再多节省一些的话，那创造的利润可是巨大的。在轨道设计师的好奇心和荣誉感以及白花花的银子的驱动下，仅3天时间，新的方案就出现了。

亚洲3号卫星正在飞速奔向地球的路上，因此也不会容许工程师们多想。

1998年5月16日晚上20点00分，休斯公司闭门会议讨论结束。所有轨道设计师一致决定：让亚洲3号卫星再次奔月。

5月16日晚上23点00分，亚洲3号卫星的轨控发动机点火。这次点火是整个变轨过程中最猛烈的，这一下子就用掉了整整50.14公斤的燃料！要知道，卫星所有的燃料加起来是1700公斤。而从4月10日到5月13日，卫星为了奔月已经用掉了40%的燃料。这一次点火，的确是一场豪赌。

咦？说好的再次奔月呢？

哈！亚洲3号卫星并没有直接就这么往月球轨道上跑。5月16日23点的这次猛烈点火，让亚洲3号卫星进入了一个更神奇的轨道：

这条轨道的近地点为3.6万公里（也就是离地球最近的一点在地球同步轨道上），而远地点则远达48.802万公里，比月球到地球的距离还足足远了10万公里！

这是要弄啥？没事儿，休斯公司的工程师们心里有底。这么做，还是为了节省燃料。

亚洲3号在这条周期为15天的轨道上飞奔。

半个月后……

1998年6月1日，也就是在亚洲3号卫星被宣布报废半年后，她的轨控发动机再次点火。这一次点火，足足持续了30.2分钟。

5天后，6月6日16点30分，卫星第二次飞掠月球。

不过，这一次亚洲3号离月球稍微远了点，是在3.4311万公里外匆匆飞过的。

1998年6月11日，轨控发动机点火，修正轨道；

1998年6月13日，轨控发动机再次点火，再次修正轨道。

这时的亚洲3号卫星就像是一位射箭高手，在为最后的一击耐心准备着。

1998年6月14日上午9点15分，休斯公司的工程师发出指令。亚洲3号的轨控发动机持续点火46.101分钟。随后，在10点49分56秒，轨控发动机再次启动，工作了118秒。

亚洲3号进入了一个近地点3.6万公里，远地点8.2万公里的轨道。这回终于开始往地球同步轨道上靠拢了。

1998年6月16日早上7点29分05秒，亚洲3号卫星的轨控发动机点火。这次点火持续了28分钟。此时，亚洲3号进入了一个周期为28小时的轨道。（地球同步轨道的周期为24小时，从这个参数来看，胜利就在眼前！）

公元1998年6月17日，亚洲3号卫星做了最后一系列细微的变轨机动。

最终，卫星成功定点在太平洋上空的地球同步轨道附近，轨道倾角只有8°。

从1997年12月25日宣布卫星发射失败，到1998年6月17日卫星成功入轨，亚洲3号卫星飞了半年多，两度飞掠月球，甚至到过即使是阿波罗登月飞船也没到过的远方！

引力弹弓

为什么亚洲3号卫星两次飞掠月球，经过半年多的飞行到达地球同步轨道反而要比经过9个多小时的变轨直接进入地球同步轨道还要省燃料呢？

这就是小火箭在这里要说的引力弹弓的原理了。这个词，大家在看到旅行者1号、伽利略探测器等深空探测器的时候会见到，而月球作为一个不小的天体，实际上也能够为飞行器提供帮助。

利用引力弹弓来加速

利用引力弹弓来减速

小火箭认为，不仅仅轨道设计师能够读懂引力弹弓效应，实际上只要具备高中物理水平并且肯动脑筋思考的话，都是可以理解的。

上图为小火箭给出的引力弹弓效应的解释图。（包括正弹弓和带有角度的引力弹弓两种情况）。可以发现，仅仅用机械能守恒和动量守恒这两条牛顿老爷子给出的定理就足够了。

简单来说，引力弹弓就是大天体推了人造飞行器一把。从能量的角度来看，大天体的一部分能量转移到了飞行器身上。因此，实际上天体的运行速度是会受到影响的。但是人造飞行器与天体的质量差别实在太悬殊，也就看不出天体的运行轨道受到什么影响了。

三易其主

成功入轨的亚洲3号卫星，创造了一个传奇。但是，她的故事并没有在1998年终结。

或许，大家都很好奇，这颗卫星在轨工作了多长时间呢？

小火箭给出答案：亚洲3号卫星一直工作到休斯公司不复存在为止。

最初，亚洲3号卫星是亚洲卫星公司从休斯公司订购的，原计划定点于东经105.5°的地球同步轨道上提供电视广播通信服务。1997年12月25日，因质子火箭第4级的发动机提前关机，卫星没能入轨。1998年2月，27家保险公司向休斯公司赔付2亿美元后，成为亚洲3号卫星新的主人。这是一易其主。

1998年4月，休斯公司与保险公司达成协议，准备用公司的智力和设备来拯救卫星，并且与保险公司分成。协议达成后，休斯公司成为亚洲3号卫星的新主人。卫星得到新的名字：休斯1号卫星。这是二易其主。

1998年6月17日，休斯1号卫星成功定点在西经158°的太平洋上空，具备提供海事通信服务的能力。1999年，泛美卫星公司从休斯公司手里购得该卫星的所有权。卫星得到了新的名字：泛美22号卫星。这是三易其主。

前方高能：

当年成功入轨的亚洲3号卫星，在两次飞掠月球之后，还剩多少燃料呢？具体数值或许说了也不会给人留下太多印象。小火箭在这里只说一个事实：泛美卫星公司在1999年接手之后，发现卫星的燃料还是富富有余的。为了更好地提供通信服务，赚取更多利润，泛美卫星公司让亚洲3号卫星做了一个调整范围非常大的轨道机动：从西经158°大跨度机动到西经62°。（嗯，范围不大，也就是比四分之一个地球稍微大一点吧，哈哈！）这种级别，这种范围的机动，普通的正常入轨的卫星也是比较少做的。

那原来的那个亚洲卫星公司该怎么办呢？1997年向休斯订购了卫星，出了这么多事情之后，难道就没有卫星可用了么？

不会的。1998年，休斯公司拿到保险公司2亿美元的赔偿后，并没有把这笔钱挪作他用，而是制造了一颗比亚洲3号还强大的亚洲3S号卫星。（亚洲3S卫星重3.465吨，比亚洲3号卫星重了65公斤。这命名方式，有点像后来的手机厂商命名手机的风格。）

1999年3月21日（春分），亚洲3S卫星搭乘与发射亚洲3号卫星同样的质子运载火箭从拜科努尔发射基地81/23工位升空。上图为亚洲3S卫星的信号覆盖范围示意图。

英超、西甲、德甲、NBA、高尔夫球、棒球联赛、橄榄球联赛，1999年，亚洲3S卫星开始提供赛事直播服务。2014年该星的主要业务逐步被亚洲7号卫星所取代。想想这15年来有哪些重大的体育赛事吧！不知有多少体育迷要感谢这颗卫星呢！

2000年，波音公司收购了休斯公司。休斯公司引以为傲的航空航天实验室被波音、通用汽车和雷神这三巨头所瓜分。

这家由传奇的飞机设计大师、亿万富翁霍华德·休斯一手创建的充满航空航天情怀的公司就这样没了。留给世人的，是休斯发明的衬垫胸罩、带钢圈上托聚拢型胸罩、创造世界纪录的H-4云杉鹅水上飞机、世界上最早的地球同步轨道卫星、AIM-4空空导弹、AIM-120空空导弹和阿帕奇武装直升机。世界上第一台实用激光器、早期的离子发动机也出自休斯公司。

在上世纪80年代之前，世界上80%的通信卫星都是休斯公司生产的。即使是到2000年休斯公司不复存在之时，休斯公司研制的通信卫星在地球轨道上也依然占据了40%的份额。

2000年，休斯公司没了。但是亚洲3号卫星依然在西经62°的地球同步轨道上履行着通信卫星的职责。当年，1998年6月17日卫星入轨成功后，地面指挥人员发出指令让亚洲3号卫星展开蜷缩了半年多的太阳能帆板。但是，亚洲3号卫星最终只展开了一侧的太阳能帆板，另一侧始终是折叠状态。卫星就这样保持着一手高举一手插兜的酷姿势运行到了2002年。

2002年，亚洲3号卫星（此时叫做泛美22号卫星）向地面报告，所有的30块镍氢电池都陆续出现了故障。通信服务不得不中断。

为避免卫星在地球同步轨道上失控，泛美卫星公司决定让出宝贵的同步轨道资源。

2002年7月，亚洲3号卫星用最后一口气，向地球喷出了火焰。轨控发动机将卫星推离地球同步轨道。亚洲3号卫星向上抬升了300公里，进入坟墓轨道。

亚洲3号卫星就此了却一生，留下传奇任人评说。

轨道

小火箭把亚洲3号卫星的传奇经历讲完了，不过弹道式飞掠的轨道设计可不能到此终止。

有了这种理念，结合之前小火箭讲到的变轨、最优轨道设计等算法，一种新的奔月轨道也就诞生了。有了这种轨道，我们飞往月球的探测器就可以摆脱对重型运载火箭的过度依赖。用中型的运载火箭就同样可以实现奔月的目标。小火箭在这里鼓励和建议长征7号运载火箭在采用734构型（3级火箭带4个助推器）后，向月球飞奔一下。

在此，小火箭以动图的形式给出此类轨道的计算结果。上图是以地球为中心的视角，下图是以地月系统为中心的视角。这凌乱的轨道，亦如小火箭这几天算轨道的心情吧！计算不易，写作不易，小火箭已经在努力加快更新频率了。

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本文轨道计算和写作，共用了一周时间。在小火箭写完本文时，亚洲3号卫星已经进入太空7091天了。在此，再次向全世界对航空航天抱有情怀的工程师和爱好者致敬！