實踐十號返回地球

導語：“實踐十號”衛(wèi)星18日在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸，中國首顆微重力科學和空間生命科學實驗衛(wèi)星任務(wù)圓滿成功。圖為交接儀式完成后，直升機吊運回收艙。　

解密“實踐十號”衛(wèi)星返回地球家園如何“破難題”

“實踐十號”衛(wèi)星18日在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸，中國首顆微重力科學和空間生命科學實驗衛(wèi)星任務(wù)圓滿成功。回首衛(wèi)星“回家”旅程，遇到哪些難關(guān)，克服哪些困難?具備什么條件?擁有什么特點?記者采訪了衛(wèi)星的研制方中國航天科技集團第五研究院的專家們。

難題一：衛(wèi)星怎樣返回地面?

要了解這個問題，首先需要了解什么是航天器的返回軌道。

人們通常把航天器從脫離運行軌道到降落到地面這一段的飛行軌跡叫返回軌道。根據(jù)航天器在返回軌道上所受到的升力和阻力的情況采用不同方式回收，返回式航天器在返回地面的過程中，一般采用彈道式、半彈道式和滑翔式(升力式)三種軌道。

彈道式返回軌道的特點是，航天器在進入返回軌道再入大氣層的時候，只受阻力作用而不產(chǎn)生升力，因而下降的速度快，空氣動力過載大，落點無法調(diào)整和控制，可能產(chǎn)生較大的落點偏差。“實踐十號”就屬于彈道式回收，它開創(chuàng)了中國航天器在四子王旗彈道式回收的先河。

返回式衛(wèi)星在設(shè)計的時候一般由回收艙和儀器艙兩部分組成，“實踐十號”也不例外。在結(jié)構(gòu)布局上，它充分繼承了以往返回式衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)特點，一眼看上去就像一個放大的“子彈頭”，內(nèi)部是由四個艙段構(gòu)成的儀器艙和返回艙組成，回收是指將返回艙收回來。

衛(wèi)星的回收是一個極其復雜的過程，要求在設(shè)計上充分考慮如何控制返回姿態(tài)，如何可靠地對付再入大氣層時產(chǎn)生的極高溫等難題，特別是避免艙內(nèi)溫度過高，試驗樣品受到破壞。

難題二：返回地球家園應(yīng)具備什么條件?

據(jù)航天科技集團公司五院總體部返回衛(wèi)星與空間安全總體研究室高振良介紹，首先，“實踐十號”的控制系統(tǒng)要能夠準確地調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)，使它能夠從在軌道上飛行的姿態(tài)變成返回姿態(tài)。其次，衛(wèi)星艙段必須能夠可靠分離，衛(wèi)星還需自帶動力系統(tǒng)，確保順利脫離原運行軌道，進入返回軌道。

再次，衛(wèi)星要有良好的防熱性能和隔熱性能，確保返回艙不被燒毀，并且保證返回艙內(nèi)部溫度不能過高。同時，返回艙上要有良好的減速和緩沖設(shè)備，確保安全降落到地面而不被摔壞。最后，返回艙上還要裝備標位裝置，確保返回落地后能及時發(fā)出信號，以便回收人員及時識別位置和成功回收。

難題三：衛(wèi)星“回家”需突破三大關(guān)鍵技術(shù)

據(jù)實踐十號衛(wèi)星副總師李春華介紹，要想確保“空間實驗室”順利“回家”至少要突破三大關(guān)鍵技術(shù)。

一是衛(wèi)星姿態(tài)及軌道控制技術(shù)。當衛(wèi)星進入預(yù)定軌道后，星上姿態(tài)控制必須保持三軸穩(wěn)定�！皩嵺`十號”返回艙在衛(wèi)星飛行204圈時升軌返回，其返回飛行時序設(shè)計主要繼承了以往返回衛(wèi)星的設(shè)計成果，針對星上狀態(tài)變化、保障條件變化等進行適應(yīng)性調(diào)整。

二是衛(wèi)星再入防熱技術(shù)。返回艙進入大氣層后，由于速度快，艙體的頭部與大氣層進行劇烈摩擦，產(chǎn)生大量熱量。為確保結(jié)構(gòu)和防熱設(shè)計能夠滿足回收要求，研制人員對再入過程的力、熱環(huán)境分別進行了反復計算。

三是衛(wèi)星回收技術(shù)。當“實踐十號”在太空飛行12天14.5小時后，衛(wèi)星開始進入“回家”旅程�；厥辗窒到y(tǒng)將采用“時間過載時間”的控制方式，使用時間控制器、加速度開關(guān)和回收配電器聯(lián)合工作�；厥张摲祷貢r，以“兩艙一次分離”作為返回零時間，由時間控制器依次按發(fā)出“起旋火箭點火、制動火箭點火、消旋火箭點火、制動艙解鎖、加速度開關(guān)加電”等一系列指令。

難題四：“回家”地點怎么選擇?

衛(wèi)星成功返回，回收著陸區(qū)域選擇非常重要。上世紀70年代，中國返回式衛(wèi)星落區(qū)則選擇在四川遂寧。而此次“實踐十號”回收場則選在了內(nèi)蒙古四子王旗，這是經(jīng)過精心挑選的。

據(jù)實踐十號衛(wèi)星總指揮邱家穩(wěn)介紹，一是經(jīng)過幾十年的發(fā)展，特別是改革開放以來，中國發(fā)生了天翻地覆的變化，腹地四川中部的山區(qū)發(fā)生了變化，人員密度增大，新建房屋林立，衛(wèi)星在此回收將給老百姓的人身和財產(chǎn)安全帶來很大的威脅。二是那里山丘密林、江河峽谷，將給衛(wèi)星尋找?guī)�來困難。針對這種情況，利用中國在內(nèi)蒙古中部地區(qū)建成并回收多艘神舟飛船的載人航天回收場，進行實踐十號回收是一個理想的選擇。

我國首顆微重力科學實驗衛(wèi)星實踐十號在順利完成12天太空飛行后，于4月18日16時30分在內(nèi)蒙古四子王旗的預(yù)定區(qū)域著陸。衛(wèi)星回收艙著陸狀態(tài)正常，外觀良好，這標志著搜索回收任務(wù)順利完成。

實踐十號是中科院空間科學先導專項首批科學實驗衛(wèi)星中唯一的返回式衛(wèi)星，也是單次開展微重力科學和空間生命科學實驗項目最多的衛(wèi)星，共開展了19項實驗。

實踐十號是4月6日1時38分在酒泉發(fā)射升空的。在軌飛行期間，由西安衛(wèi)星測控中心對其進行不間斷測控管理，確保其運行穩(wěn)定、星地鏈路通暢、飛行控制準確高效、各項科學實驗按計劃實施。經(jīng)過精準的軌道控制，使其瞄準預(yù)定著陸區(qū)域返回。

16時15分，衛(wèi)星回收艙與留軌艙分離�；厥张摲祷氐孛婧螅�留軌艙還將在軌運行，待完成后續(xù)實驗項目后，墜入大氣層燒毀。

據(jù)介紹，搭載回收艙返回地球的科學樣品涉及11項空間科學實驗，其中2項為微重力科學實驗，剩余9項為空間生命科學實驗，涉及微重力流體物理、空間材料科學、空間輻射生物學效應(yīng)、重力生物學效應(yīng)、空間生物技術(shù)等領(lǐng)域。搜索及回收任務(wù)完成后，11臺科學實驗載荷及樣品正式交付科學應(yīng)用系統(tǒng)。生物類樣品進行了現(xiàn)場處置，其中6個項目的樣品當晚返京，將及時送往實驗室處理。

衛(wèi)星在軌12天期間，19項科學實驗有序開展，衛(wèi)星遙測、實驗載荷數(shù)據(jù)傳輸完整。初步分析，實驗進展順利，總體達到要求，取得了預(yù)期的實驗結(jié)果。其中，哺乳動物早期胚胎發(fā)育研究還首次在太空中實現(xiàn)小鼠的胚胎發(fā)育，并在地球上第一次看到了小鼠胚胎在太空發(fā)育的照片。

據(jù)了解，回收艙返回后，衛(wèi)星的留軌艙繼續(xù)在軌工作，完成包括煤燃燒實驗在內(nèi)的8個實驗項目。專家指出，衛(wèi)星留軌讓科學家有機會開展危險性、拓展性的科學實驗，對前期在軌段實驗做有益補充。這期間的科學實驗結(jié)果仍將通過衛(wèi)星原來的遙測、數(shù)傳發(fā)射機下傳。

實踐十號是我國成功發(fā)射回收的第24顆返回式衛(wèi)星。以前發(fā)射的返回式衛(wèi)星大多是遙感等應(yīng)用衛(wèi)星。實踐十號作為我國第一顆微重力科學實驗衛(wèi)星，其實驗的苛刻要求對衛(wèi)星平臺提出巨大挑戰(zhàn)，比如，諸多實驗的展開讓天地遙操作系統(tǒng)更加復雜，對回收艙的散熱提出更高要求。因而設(shè)計人員在熱控、微重力、供電能力、回收保溫等方面進行了全面升級�？梢哉f，實踐十號是創(chuàng)造性地邁出空間科學實驗步伐的一顆“新星”。

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