謝博 空間科學(xué)傳播專家

    4月6日，我國首顆微重力科學(xué)實驗衛(wèi)星——實踐十號從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空。它是空間科學(xué)先導(dǎo)專項首批科學(xué)實驗衛(wèi)星中唯一的返回式衛(wèi)星，也是單次搭載空間實驗項目最多的衛(wèi)星，專門用于微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)的空間實驗研究。微重力是什么？高大上的實踐十號上天的主要任務(wù)是什么？返回式衛(wèi)星技術(shù)，難點在哪？看下文，你就明白了。

    1微重力到底先進(jìn)在哪

    在微重力環(huán)境中會出現(xiàn)一些與重力環(huán)境不同的物理規(guī)律，十分奇妙。例如，流體中浮力和靜壓力消失，基本沒有引力引起的流體自然對流，擴散過程成為主要因素；液體的約束力來自于表面張力；毛細(xì)現(xiàn)象和潤濕現(xiàn)象加劇。所以，在微重力環(huán)境中進(jìn)行科學(xué)實驗具有重要意義。

    目前，不少國家的科學(xué)家們都想利用多種方式營造微重力環(huán)境開展研究，比如拋物線飛機、探空火箭、宇宙飛船、空間站等實驗平臺，但它們有的只能提供幾分鐘甚至更短的微重力環(huán)境，有的則價格昂貴，帶回樣品比較有限，周期也較長。這對空間生命科學(xué)等一些短周期科學(xué)實驗有較大限制，要想進(jìn)行時間和價格都合適的微重力研究，返回式衛(wèi)星是一個很好的選擇。實踐十號是我國開發(fā)出的一個專門用于開展微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)研究的高效、短期、綜合空間實驗平臺，使我們國家的空間微重力研究有了新的技術(shù)手段。這個在太空中臨時搭建的實驗室在太空中要飛行15天。其工作時間與其上電池的電量有關(guān)。

    該衛(wèi)星與上一顆返回式衛(wèi)星——發(fā)射于2006年的實踐八號相比，實踐十號衛(wèi)星在熱控、微重力、供電能力、回收保溫等方面進(jìn)行全面“升級”。

    2擁有一連串第一頭銜

    實踐十號是我國首顆為開展多項“微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)”空間實驗而專門量身定做的返回式衛(wèi)星，其承載能力、微重力水平、實驗載荷服務(wù)支持能力等較以往返回式衛(wèi)星均有進(jìn)一步提升，可謂我國新一代具有安全回收、適應(yīng)中長期在軌試驗、應(yīng)用靈活和成本低廉的空間科學(xué)實驗平臺。

    根據(jù)任務(wù)要求，實踐十號衛(wèi)星在軌道設(shè)計上也進(jìn)行了調(diào)整，由以往返回式衛(wèi)星的橢圓軌道變?yōu)閳A軌道，這一由“橄欖”變“圓環(huán)”的改變，大大提高了微重力水平，為更好地開展微重力環(huán)境下的科學(xué)實驗提供了有力的支撐。

    它首次在返回式衛(wèi)星上采用流體回路系統(tǒng)，大幅提升載荷功耗承受能力，以滿足開展異常復(fù)雜科學(xué)實驗的要求。比如，衛(wèi)星將原來的程控、遙測、遙控分系統(tǒng)的功能整合，形成了數(shù)管分系統(tǒng)；為了適應(yīng)19項科學(xué)實驗項目的數(shù)據(jù)管理要求和微重力平臺能力需要，首次構(gòu)建了基于數(shù)管分系統(tǒng)和服務(wù)支持子系統(tǒng)的兩級構(gòu)架機制，以便于更好地適應(yīng)多任務(wù)、多載荷的適配要求。

    3被重力掩蓋的秘密

    實踐十號的主要任務(wù)是開展涉及微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學(xué)、空間輻射效應(yīng)、重力生物效應(yīng)、空間生物技術(shù)六大領(lǐng)域的19項空間科學(xué)實驗，其中有11項收回，8項不收回；有十項微重力科學(xué)實驗項目，9項空間生命科學(xué)實驗項目。這是迄今為止單次空間微重力和生命科學(xué)實驗項目及種類最多的衛(wèi)星空間科學(xué)實驗研究，每一項都具有很強的科學(xué)研究價值。

    為什么要在微重力環(huán)境下進(jìn)行科學(xué)研究？因為在微重力下出現(xiàn)的新現(xiàn)象、新規(guī)律，能發(fā)現(xiàn)被重力掩蓋的現(xiàn)象和實質(zhì)，為人們深入認(rèn)識流體、燃燒和物質(zhì)的本質(zhì)提供依據(jù)，改善地面上與人類生活密切的流體、燃燒和物質(zhì)特性。空間生命科學(xué)研究地球生物包括人類進(jìn)入空間后，在空間特殊條件下的生存、變化和適應(yīng)等問題，揭示太空環(huán)境對重要生命現(xiàn)象及生命過程的作用與影響，從而增進(jìn)對生命起源、生命現(xiàn)象和本質(zhì)以及生命活動基本規(guī)律的認(rèn)識，為發(fā)展地基生物技術(shù)提供理論依據(jù)，并為改善人長期在太空生活質(zhì)量提供依據(jù)。

    4返回式技術(shù)國際領(lǐng)先

    我國是世界上第3個掌握返回式衛(wèi)星技術(shù)的國家。在發(fā)射實踐十號之前，我國已先后成功發(fā)射了23顆返回式衛(wèi)星，成功回收了22顆。

    不過，衛(wèi)星返回是一項很復(fù)雜的技術(shù)，要在空中準(zhǔn)確的完成一系列的高難度動作，目前仍只有少數(shù)國家掌握。要使衛(wèi)星安全地返回地面，至少攻克五大難關(guān)。

    一是調(diào)姿關(guān)：在衛(wèi)星返回前，把衛(wèi)星從運行軌道的姿態(tài)準(zhǔn)確地調(diào)整為返回的姿態(tài)，并使衛(wèi)星在此姿態(tài)下保持穩(wěn)定運行；

    二是制動關(guān)：衛(wèi)星上的制動火箭應(yīng)按時點火，可靠工作，從而使衛(wèi)星脫離原來的運行軌道，進(jìn)入預(yù)定的返回軌道；

    三是防熱關(guān)：衛(wèi)星返回時不僅要保證衛(wèi)星在高速返回過程中不致因與空氣強烈摩擦而被燒毀，而且艙內(nèi)溫度要保持在儀器艙工作的最高溫度以下；

    四是軟著陸關(guān)：要有可靠的降落傘系統(tǒng)和回收控制系統(tǒng)，保證以很低的速度著陸，回收物品完好無損；

    五是標(biāo)位及尋找關(guān)：要保證能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地預(yù)報及測量衛(wèi)星的落點位置，使回收區(qū)工作人員盡快發(fā)現(xiàn)返回艙，并開展回收作業(yè)。

    目前，航天工程師還在研制可重復(fù)使用的返回式衛(wèi)星，目的是減少空間科學(xué)實驗的成本，如果成功，前景十分廣闊。此次實踐十號飛行首次探索返回式衛(wèi)星低成本技術(shù)和航天器產(chǎn)品可重復(fù)使用技術(shù)。

    （科普中國微平臺）