近日，美国机智号无人机在与火星表面失去联系两天后，与火星车和地面团队失去了联系，但由于旋翼损坏，它不幸结束了在火星上飞行的职业生涯。 事实上，在人类航天的发展过程中，航天器不可避免地会遇到意外失联的惊心动魄的时刻。 随着科技的不断进步和航天任务的日益复杂，科研人员对航天器意外丢失的认知和处理也与时俱进。 那么有哪些方法可以挽救局面呢？ 有哪些技巧可以在问题发生之前预防问题并提高太空任务的成功率和安全性？
失去联系的原因多种多样
除了“成功后退而死”之外，与航天器意外失联往往是“内部”的复杂突发事件，其原因多种多样，通常可以归纳为三个方面：航天器本身设计不足、复杂恶劣的空间环境、人为因素。 
美国“机智号”火星无人机重新取得联系后，因旋翼损坏而被迫退役。
众所周知，航天器在太空中面临恶劣的环境条件，包括极端高温和低温、辐射和微重力。 这些因素对航天器的材料和设备性能提出了苛刻的要求，在航天器的设计和建造过程中必须仔细考虑。
例如，航空航天设计师可能没有充分考虑到太空中的极端温差——航天器经常暴露在阳光下的高温和宇宙背景下的极寒中，必须选择能够承受这些温差并保持稳定性能的材料。 如果科研人员没有把航天器的结构设计好，或者航天器选择的材料不具备良好的导热性能，不能在高温下有效散热，同时在低温下保持足够的柔韧性，那么就可能导致航天器的结构损坏，意外失去接触是不可避免的。
此外，在航天器中使用合格的抗辐射材料、设计不良的屏蔽结构或备用电路和冗余系统不足，都可能使宇宙电离辐射对航天器的电子元件造成潜在损坏。 在发生强辐射干扰的情况下，航天器可能会意外地与地面团队失去联系。
微重力环境也对航天器的设计产生重大影响，要求航天器在处理惯性和密封问题时克服更复杂的挑战。 如果科学家不考虑如何保持设备和系统的稳定性，如何应对液体、气体和热量的流动，航天器发生故障的可能性也将大大增加。
然而，即使有精心设计的航天器，太阳风暴、宇宙射线、空间碎片等，仍然会对航天器的正常运行产生负面影响。 太阳风暴的本质是太阳活动引起的大规模能量的释放，高能粒子的流足以干扰或损坏航天器的电子元件，导致设备故障。 宇宙射线作为来自宇宙深处的高能粒子，也有可能穿透航天器外壳，放大电子元器件的隐患。
而且，随着人类航天活动越来越频繁，大量废弃的航天器零件、碎片和微陨石以极高的速度绕地球运行，有可能在地月空间等更广阔的区域进一步泛滥，与航天器相撞的可能性也在增加。 在高速动能的帮助下，微小的碎片也有可能损坏航天器船体，甚至造成严重的结构故障。
此外，在航天器发射和运行过程中，人为因素还可能导致意外失联，包括地面操作人员失误、软件失误、任务规划不当等，这些都会直接影响航天器的安全状态。
由于人类对深空和外星球环境的了解相对有限，在那里工作的航天器意外失去联系更为常见。 比如机智号无人机在2023年春夏之交意外失联了两个月左右，主要是因为着陆点距离毅力号火星车有一座小山，而毅力号火星车是中继任务，导致信号中断。
救援过程正在与时间赛跑
当航天器意外与地面团队失去联系时，研究人员通常会迅速采取一系列救援措施，并尽最大努力尽快与航天器重新连接，以确保任务的成功。 
美国旅行者1号探测器已经失去了与地球团队的正常通信。
地面监测中心发现飞船意外丢失后，立即启动应急预案，组织专业团队对飞船故障进行分析，并排查原因。 在此期间，航天器设计师和制造商将密切合作，制定救援计划。
首先，专业团队将对飞船的数据记录进行分析，力争尽快确定意外失联和故障的潜在原因。 大约在同一时间，地面操作员的操作记录被仔细检查，以确定是否存在导致错误的人为因素。 接下来，如果发现软件错误，科学家将尝试通过软件更新或修复来解决问题。 如果航天器因任务规划错误而意外丢失，他们会重新评估任务计划并进行调整。
应急计划启动后，操作员将尝试“唤醒”并恢复航天器的功能。 最常见的方法是发送指令和搜索信号，包括检查航天器动力系统、导航系统和通信系统等关键部件的运行情况，重新配置航天器的任务模式，并可能调整航天器的姿态。
如果确认航天器通信系统出现故障，地面控制团队将启动备用通信设备，以增加重建通信的成功机会。 这些设备将利用激光、毫米波等，理论上将能够实现更高的通信速率和更长的通信距离。
为了抢抓救援机会，地面控制团队还将利用多方合作和资源调配，利用其他航天器协助搜寻“意外失踪人员”。 例如，在轨卫星和火星探测器可以提供导航定位、遥感监测等支持，帮助地面控制团队尽快确定目标航天器的位置，至少有助于缩小搜索范围，并提供关键信息。 例如，毅力号火星车爬到山顶，扩大了通信范围，缩小了信号盲点，并与机智号无人机重新建立了通信。
预防措施严格而全面
虽然不可能完全避免与航天器意外失去接触，但通过采取一系列预防措施，研究人员可以减少此类事故，提高航天器的安全性和任务的成功率。 
航天器意外失联，往往有异常的操作姿态。
毫无疑问，航天器的制造和质量控制是防止意外失去联系的关键。 航天器设计制造人员应严格执行质量控制和管理流程，包括强制性的测试和验证程序，以确保航天器出厂前具有优良的可靠性和稳定性，降低故障率，延长航天器的正常运行时间和使用寿命。
此外，制造商应密切关注航天器的维护和检修情况，及时修理和更换可能存在隐患的部件，以尽量减少航天器因自身缺陷而意外失联的风险。
事实上，冗余设计是提高航天器可靠性和容错性的重要手段之一。 通过使用双电源系统、多条通信链路、备份软件等，航天器在遇到部件或系统故障时，可以自动切换到备用工作并正常运行。 这样，航天器及时响应故障的能力大大提高，大大增加了任务成功的可能性。 当然，备份设备在制造过程中也经过严格的测试和验证。
随着人工智能等技术的进步，加强航天器自主监测和诊断能力也将是避免意外失联的有效手段。 届时，航天器将能够及时发现异常运行迹象，发出故障报警，自主分析故障原因，并自动启动维修程序或切换到备用设备运行。 自主导航系统还可以帮助航天器在信号不佳和定位不准确的情况下保持正常运行。 这些先进技术和功能的引入将大大提高航天器的自主性和安全性，使意外失去联系不再那么“可怕”。
此外，通过优化航天器任务规划和轨道设计，研究人员还可以尽可能地控制空间环境因素的影响，提高任务的成功率。 例如，在选择航天器的轨道和飞行路径时，研究人员有必要考虑太阳风暴的时间和空间碎片密集区域等因素，以降低航天器损坏的风险。 这就要求研究者掌握足够的空间环境变化迹象和规律，全面权衡空间环境变化趋势、空间天气**、航天器任务可行性等，最终制定出最佳的任务规划和轨道设计策略。
总之，与航天器意外失联是危急关头的紧急情况，需要地面控制团队具备快速反应、准确判断和高效执行的能力。 同时，通过加强航天器的防范和应对措施，科学家有望将此类事件降到最低，提高航天任务的成功率。 未来，随着航天技术的不断进步和航天任务规划的完善，相信航天器救援措施和事故预防方案将提供新的“惊喜”，推动航天器安全可靠再上新台阶。
本文原载于《中国航天报》飞行科学周刊
文字：马杰，编辑，高晨，评论，杨健，杨磊，制片人，索阿迪