ESA与ROSIE联盟用空中观测追踪Cluster卫星再入

2026年8月31日至9月1日，欧洲空间局（ESA）联合ROSIE联盟，在南太平洋上空以机载观测方式成功记录了两颗Cluster卫星——“Samba”与“Tango”的再入解体过程。这是继2024年Salsa卫星之后，ROSIE团队再次从空中追踪Cluster卫星的终结时刻。两星在24小时内相继再入，对人员和设备提出了极限要求，但也为再入解体模型积累了一批系统性的实测数据。

两次再入，24小时内的双重挑战

Samba和Tango的再入分别发生于8月31日和9月1日，坠落区域位于南太平洋偏远海域。ROSIE团队从汤加起飞，驾驶经过改装的飞机前往再入点上空进行观测。

任务协调方Astros Solutions公司的JiříŠilha将这次行动形容为“相当大的后勤挑战”：“飞机必须在正确的时间到达正确的地点，朝向正确，安全地停在禁飞区边缘。一切都必须在恰当的时刻同时到位。”他补充说，由于需要在24小时内完成两次观测，“这对团队所有成员和设备都提出了绝对的最大要求”。

最终，团队使用机上搭载的30台设备中的29台，成功记录了两次再入事件。据报道，Samba和Tango的平均观测时长约为50秒，飞行员在关键时刻通过操控飞机转向，为团队争取了额外的追踪时间。

ROSIE对Cluster卫星的空中观测始于2024年9月对“Salsa”的追踪。那是首次在白天条件下对卫星再入进行的机载观测，团队在飞机上部署了26台科学仪器，最终有17台成功记录到目标。

Salsa任务产出了关键发现。ESA空间碎片减缓高级分析师Stijn Lemmens透露，Salsa再入时，实际大气密度与预期值之间存在高达20%的偏差，这揭示了上层大气的不确定性如何影响再入预测。此外，“解体似乎比模型预测的稍早一些”。

Salsa在再入前还展现出一个意外现象。Cluster航天器运营经理Bruno Sousa介绍，这颗卫星在下降至约110公里高度、以超过10公里/秒的速度飞行时“仍然完全完好”，成为有史以来飞行高度最低的活跃航天器。但高温导致太阳能电池板出现严重电力短缺并最终触发重启，记录的数据因此无法保存。

Samba和Tango的再入因此被赋予了“重复验证”的使命。Šilha表示：“我们之前做过一次——这类任务很大一部分价值就在于重复以获得强数据集。”重复观测有助于确认Salsa的观测结果是异常还是模型需要修正的信号。

ROSIE任务的核心目标，是通过光谱数据捕捉材料熔化和蒸发的“特征信号”，从而远程识别哪些材料在何时熔化。这些传感器由可见光和红外相机提供支持。

从技术执行层面看，这项任务面临多重约束。Cluster卫星处于高偏心轨道，以超过10公里/秒的速度、较浅的角度进入大气层，再入事件相对短暂。预测显示，最大观测时间仅约70秒。为了在仪器之间实现冗余并确保有足够数量的追踪相机用于目标识别，团队需要在飞机上设置多个观测站。最终，ROSIE团队在飞机内设置了6个观测站，需要搭载约10名乘员，同时还要满足仪器靠近窗口、电源布线、工作站设置和跨站时间同步的要求。

执行任务使用的是一架Falcon 900公务机，最多可容纳16个座位，最大航程7,400公里，具有12个侧窗，其中6个可用于设置观测站。

从组织架构上看，ROSIE任务建立了明确的角色分工。任务牵头方负责飞机配置的任务规划和技术工作；科学牵头方负责理解数据需求和科学问题，据此确定仪器套件和飞行参与者；任务参与方各自提供科学仪器并负责数据处理；行动协调方负责整体行政、团队沟通与风险管理。

ROSIE-Samba/Tango任务由学术与工业合作伙伴联合执行：斯图加特大学、布拉迪斯拉发考门斯基大学提供学术支持；Hypersonic Technology Göttingen、Zafiro Systems和Astros Solutions提供工业合作，并与ESA密切协作。

精准再入与任务终章

Cluster卫星的再入并非单纯依靠大气阻力自然衰减。这四颗卫星运行在高偏心轨道上，其返回主要由地球、太阳和月球的长期引力相互作用驱动，这使得精确规划和瞄准再入位置成为可能。

ESA的Cluster任务运营团队在2026年1月就已将Samba和Tango设定至“目标再入”轨迹，确保坠落地点足够偏远，同时又在从汤加起飞的小型飞机可抵达的观测范围内。

Tango的再入标志着Cluster任务在运行26年后的正式终结。据ESA报道，Tango于中欧夏令时9月1日23:30:31进入大气层。在再入前约15分钟，来自库鲁地面站的遥测信号最终消失。在此之前，飞行控制、任务和再入团队的许多成员纷纷向Tango发送了最后的指令，以各自的方式告别。

从观测到模型：数据将如何使用

ROSIE任务的最终目标，是改进再入解体模型。这些模型用于评估再入碎片对地面人口和环境的风险，涉及地面人员安全、基础设施、空中交通、海上交通以及大气层影响等多个维度。

Lemmens在总结任务意义时表示：“通过Cluster和Draco的再入数据，我们将改进再入模型。这有助于我们更好地预测物体将在何处坠落，以及它们如何影响大气层。这使我们能够建造更好的卫星，进一步降低碎片到达地面并危及人员或基础设施的风险。”

下一阶段，ESA计划通过Draco任务从“内部”观测再入过程。Draco计划于2027年发射，将搭载超过200个传感器、4台相机和一个不可摧毁的数据保存舱，在穿越大气层的过程中精确记录航天器身上发生的一切。ROSIE团队届时将再次登上飞机，从下方观测Draco的再入过程，并将空中观测数据与Draco内部记录的数据进行关联。