“實(shí)踐十號(hào)”返回式衛(wèi)星
6日1時(shí)38分，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，長征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功將中國科學(xué)衛(wèi)星系列第二顆星——實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星送入太空。
實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星搭載著19項(xiàng)創(chuàng)新性的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，相當(dāng)于把一個(gè)綜合性的實(shí)驗(yàn)室搬到了太空。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室有多牛？科學(xué)家們?yōu)槲覀兘颐亍?/p>
使命：揭開被重力掩蓋的科學(xué)秘密
對科學(xué)家來說，宇宙空間是一個(gè)很好的實(shí)驗(yàn)室。地球上的物理現(xiàn)象，都受到地球重力的制約，比如浮力、沉降等。在微重力，也就是通常說的“失重”環(huán)境下，能觀察到很多地球上不可能觀測到的獨(dú)特現(xiàn)象。
“極端物理?xiàng)l件下，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、物理化學(xué)過程、生命過程等都可能會(huì)發(fā)生變化，這就意味著重大科學(xué)突破的可能。”實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院院士胡文瑞說。
我國是繼美國、俄羅斯之外第三個(gè)掌握返回式衛(wèi)星技術(shù)的國家，實(shí)踐十號(hào)是我國發(fā)射的第25顆返回式衛(wèi)星?！耙彩鞘最w大規(guī)模實(shí)施無人空間微重力實(shí)驗(yàn)的返回式科學(xué)衛(wèi)星。”中國航天科技集團(tuán)五院實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星工程總設(shè)計(jì)師唐伯昶說。
“從上世紀(jì)80年代后期，我國就開始利用返回式衛(wèi)星做微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)，但都是搭載在其他用途的衛(wèi)星上。實(shí)踐十號(hào)是第一顆專門為進(jìn)行微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)研究而發(fā)射的衛(wèi)星，對科學(xué)研究來說，機(jī)會(huì)十分難得。”胡文瑞說。
他說，近年來，微重力環(huán)境是各國研究的焦點(diǎn)領(lǐng)域。人類要走向太空，就必須研究微重力環(huán)境下物質(zhì)會(huì)發(fā)生哪些變化。而科學(xué)家們的一些理論猜想，也只有到太空微重力的環(huán)境下，才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
“地球重力場是蓋在物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和生命活動(dòng)規(guī)律上的面紗，不揭開就無法看到很多問題的本質(zhì)?！敝锌圃簢铱臻g科學(xué)中心主任、空間科學(xué)衛(wèi)星工程常務(wù)副總指揮吳季說，“實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星是一個(gè)高效、短期、綜合空間實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它的使命就是揭開被重力所掩蓋的科學(xué)秘密，力爭獲得重大科學(xué)突破?！?/p>
優(yōu)勢：具備比空間站更好的微重力環(huán)境
為了開展微重力研究，科學(xué)家們嘗試在地球上模擬微重力環(huán)境，比如利用幾十米、幾百米高的落塔或落井、拋物線飛機(jī)和探空火箭。
“落塔或落井微重力時(shí)間只有幾秒鐘；拋物線飛機(jī)可提供30秒低重力時(shí)間；探空火箭一般從5分鐘到十幾分鐘。它們可以做流體、燃燒等耗時(shí)短的微重力實(shí)驗(yàn)，而材料生長、生物過程等需要時(shí)間較長的實(shí)驗(yàn)就無法進(jìn)行?！睂?shí)踐十號(hào)衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師康琦說，“長時(shí)間的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)需要利用科學(xué)衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空間站進(jìn)行，與地面微重力實(shí)驗(yàn)互為補(bǔ)充?！?/p>
我國將在2020年前后開始空間站的建設(shè)，為什么還要發(fā)射科學(xué)衛(wèi)星呢？胡文瑞解釋說，空間站有實(shí)驗(yàn)時(shí)間長、可以有人參與等優(yōu)勢，但殘余重力、機(jī)械動(dòng)力和人的活動(dòng)干擾可能給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來影響。實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星是專門為微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)而設(shè)計(jì)的衛(wèi)星，將為實(shí)驗(yàn)提供更好的微重力環(huán)境和其他條件。
一是衛(wèi)星的微重力水平可更高，是地球表面重力的10－6g，而太空站上僅為地球重力的10－3g；二是它的機(jī)動(dòng)性高，比如這次要進(jìn)行的胚胎實(shí)驗(yàn)可以在發(fā)射前8小時(shí)才裝到衛(wèi)星上，縮短在地面停留的時(shí)間，如果搭載在載人飛船上就做不到這一點(diǎn)，而且返回式科學(xué)衛(wèi)星在實(shí)驗(yàn)完成后就可以及時(shí)回收，這是空間站做不到的；三是科學(xué)衛(wèi)星風(fēng)險(xiǎn)小，且造價(jià)大大低于建設(shè)一個(gè)空間站。
胡文瑞說，一些其他國家發(fā)射科學(xué)衛(wèi)星是對空間站任務(wù)的補(bǔ)充，而我國科學(xué)衛(wèi)星上的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和未來空間站任務(wù)是完全“錯(cuò)身”的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不會(huì)重復(fù)，具有不可替代的作用。
突破：絕不重復(fù)別人的實(shí)驗(yàn)
胡文瑞介紹，實(shí)踐十號(hào)搭載的19個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是從200多項(xiàng)申請中脫穎而出的，按照創(chuàng)新性、可行性、必要性等科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過嚴(yán)格遴選、反復(fù)論證，涵蓋微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學(xué)、空間輻射效應(yīng)、微重力生物效應(yīng)、空間生物技術(shù)6大領(lǐng)域。
“我們絕不會(huì)重復(fù)別人的實(shí)驗(yàn)?！焙娜鹫f，“所有實(shí)驗(yàn)任務(wù)都是全新探索，每一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)均具有創(chuàng)新性，有很強(qiáng)的科學(xué)研究價(jià)值，有望獲取具有國際先進(jìn)水平的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大科技成果。”
據(jù)介紹，這19項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都非常有特點(diǎn)，比如微重力下煤燃燒實(shí)驗(yàn)等項(xiàng)目針對能源、農(nóng)業(yè)和健康等國家戰(zhàn)略目標(biāo)，為解決地球上的現(xiàn)實(shí)問題提供幫助；導(dǎo)線絕緣層著火實(shí)驗(yàn)等項(xiàng)目結(jié)合航天器防火等關(guān)鍵技術(shù)需求，為我國航天工程后續(xù)發(fā)展提供支撐；哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育、造血與神經(jīng)干細(xì)胞三維培養(yǎng)等項(xiàng)目瞄準(zhǔn)空間生命科學(xué)的前沿課題，對人類未來走向太空有重要意義。
胡文瑞透露，這些實(shí)驗(yàn)的前期理論研究已經(jīng)發(fā)表了數(shù)十篇論文，一些專門研制的儀器設(shè)備也達(dá)到國際領(lǐng)先水平。比如為熔體材料生長實(shí)驗(yàn)而研制的空間多功能材料生長爐，不僅能提供實(shí)驗(yàn)所需的高溫溫場環(huán)境，而且有6個(gè)工位，能實(shí)現(xiàn)8項(xiàng)樣品的轉(zhuǎn)位換位、提拉生長、高溫溫度的精確控制。
紀(jì)錄：單次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目最多
胡文瑞介紹，目前世界上只有俄羅斯和我國把返回式衛(wèi)星技術(shù)運(yùn)用到科學(xué)衛(wèi)星上。實(shí)踐十號(hào)搭載了19項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，涉及28項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，是迄今為止單次空間微重力和生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及種類最多的衛(wèi)星任務(wù)。
不同于俄羅斯科學(xué)衛(wèi)星是任務(wù)結(jié)束后整體返回地球，實(shí)踐十號(hào)分為留軌艙和返回艙。“19項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，8項(xiàng)流體物理和燃燒實(shí)驗(yàn)將在留軌艙進(jìn)行，其他11項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)將在回收艙進(jìn)行。”康琦說，實(shí)踐十號(hào)設(shè)計(jì)壽命為15天，返回艙在軌飛行若干天后將返回地球，而留軌艙將繼續(xù)在軌工作3到5天。
實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星整體為柱錐組合體形狀，高約5．2米，直徑超過2米。19個(gè)實(shí)驗(yàn)載荷分別裝在29個(gè)鋁合金箱子里，總共近600公斤。
康琦介紹說，實(shí)踐十號(hào)上的生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)其實(shí)在地面上就已經(jīng)開始了，其他實(shí)驗(yàn)在衛(wèi)星入軌后兩小時(shí)開始進(jìn)行。留軌艙的實(shí)驗(yàn)會(huì)輪流進(jìn)行，而回收艙的實(shí)驗(yàn)是同時(shí)進(jìn)行，經(jīng)過地面模擬飛行實(shí)驗(yàn)確保它們不會(huì)相互干擾。
作為我國新一代返回式衛(wèi)星，實(shí)踐十號(hào)在衛(wèi)星技術(shù)方面也得到了較大改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了三大飛躍：一是姿態(tài)控制采用小發(fā)動(dòng)機(jī)作為推進(jìn)系統(tǒng)的推力器，可以保證較好的衛(wèi)星微重力水平；二是以與國際接軌的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)替代原先的程序控制器，使得遙控指令和遙測數(shù)據(jù)的安排以及改變飛行程序的數(shù)據(jù)注入都更加靈活；三是增設(shè)流體回路的熱控分系統(tǒng)，使衛(wèi)星回收艙內(nèi)部的熱能有效排到星外，以確保生物樣品的溫度環(huán)境。
據(jù)介紹，衛(wèi)星飛行期間，科研人員可以在衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)任務(wù)運(yùn)行中心通過視頻、圖片看到各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程，通過獲得的數(shù)據(jù)開展研究?；厥张摲祷氐厍蚝髸?huì)很快開啟，回收的實(shí)驗(yàn)裝置會(huì)被送到各研究單位進(jìn)行研究。
