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實(shí)踐十號返回地球
導語(yǔ)：“實(shí)踐十號”衛星18日在內蒙古四子王旗預定區域安全著(zhù)陸，中國首顆微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)實(shí)驗衛星任務(wù)圓滿(mǎn)成功。圖為交接儀式完成后，直升機吊運回收艙�！�
解密“實(shí)踐十號”衛星返回地球家園如何“破難題”
“實(shí)踐十號”衛星18日在內蒙古四子王旗預定區域安全著(zhù)陸，中國首顆微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)實(shí)驗衛星任務(wù)圓滿(mǎn)成功�；厥仔l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(diǎn)?記者采訪(fǎng)了衛星的研制方中國航天科技集團第五研究院的專(zhuān)家們。
難題一：衛星怎樣返回地面?
要了解這個(gè)問(wèn)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(guò)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(diǎn)是，航天器在進(jìn)入返回軌道再入大氣層的時(shí)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(dòng)力過(guò)載大，落點(diǎn)無(wú)法調整和控制，可能產(chǎn)生較大的落點(diǎn)偏差�！皩�(shí)踐十號”就屬于彈道式回收，它開(kāi)創(chuàng )了中國航天器在四子王旗彈道式回收的先河。
返回式衛星在設計的時(shí)候一般由回收艙和儀器艙兩部分組成，“實(shí)踐十號”也不例外。在結構布局上，它充分繼承了以往返回式衛星的結構特點(diǎn)，一眼看上去就像一個(gè)放大的“子彈頭”，內部是由四個(gè)艙段構成的儀器艙和返回艙組成，回收是指將返回艙收回來(lái)。
衛星的回收是一個(gè)極其復雜的過(guò)程，要求在設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(shí)產(chǎn)生的極高溫等難題，特別是避免艙內溫度過(guò)高，試驗樣品受到破壞。
難題二：返回地球家園應具備什么條件?
據航天科技集團公司五院總體部返回衛星與空間安全總體研究室高振良介紹，首先，“實(shí)踐十號”的控制系統要能夠準確地調整衛星姿態(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，衛星艙段必須能夠可靠分離，衛星還需自帶動(dòng)力系統，確保順利脫離原運行軌道，進(jìn)入返回軌道。
再次，衛星要有良好的防熱性能和隔熱性能，確保返回艙不被燒毀，并且保證返回艙內部溫度不能過(guò)高。同時(shí)，返回艙上要有良好的減速和緩沖設備，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(shí)發(fā)出信號，以便回收人員及時(shí)識別位置和成功回收。
難題三：衛星“回家”需突破三大關(guān)鍵技術(shù)
據實(shí)踐十號衛星副總師李春華介紹，要想確�！翱臻g實(shí)驗室”順利“回家”至少要突破三大關(guān)鍵技術(shù)。
一是衛星姿態(tài)及軌道控制技術(shù)。當衛星進(jìn)入預定軌道后，星上姿態(tài)控制必須保持三軸穩定�！皩�(shí)踐十號”返回艙在衛星飛行204圈時(shí)升軌返回，其返回飛行時(shí)序設計主要繼承了以往返回衛星的設計成果，針對星上狀態(tài)變化、保障條件變化等進(jìn)行適應性調整。
二是衛星再入防熱技術(shù)。返回艙進(jìn)入大氣層后，由于速度快，艙體的頭部與大氣層進(jìn)行劇烈摩擦，產(chǎn)生大量熱量。為確保結構和防熱設計能夠滿(mǎn)足回收要求，研制人員對再入過(guò)程的力、熱環(huán)境分別進(jìn)行了反復計算。
三是衛星回收技術(shù)。當“實(shí)踐十號”在太空飛行12天14.5小時(shí)后，衛星開(kāi)始進(jìn)入“回家”旅程�；厥辗窒到y將采用“時(shí)間過(guò)載時(shí)間”的控制方式，使用時(shí)間控制器、加速度開(kāi)關(guān)和回收配電器聯(lián)合工作�；厥张摲祷貢r(shí)，以“兩艙一次分離”作為返回零時(shí)間，由時(shí)間控制器依次按發(fā)出“起旋火箭點(diǎn)火、制動(dòng)火箭點(diǎn)火、消旋火箭點(diǎn)火、制動(dòng)艙解鎖、加速度開(kāi)關(guān)加電”等一系列指令。
難題四：“回家”地點(diǎn)怎么選擇?
衛星成功返回，回收著(zhù)陸區域選擇非常重要。上世紀70年代，中國返回式衛星落區則選擇在四川遂寧。而此次“實(shí)踐十號”回收場(chǎng)則選在了內蒙古四子王旗，這是經(jīng)過(guò)精心挑選的。
據實(shí)踐十號衛星總指揮邱家穩介紹，一是經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，中國發(fā)生了天翻地覆的變化，腹地四川中部的山區發(fā)生了變化，人員密度增大，新建房屋林立，衛星在此回收將給老百姓的人身和財產(chǎn)安全帶來(lái)很大的威脅。二是那里山丘密林、江河峽谷，將給衛星尋找帶來(lái)困難。針對這種情況，利用中國在內蒙古中部地區建成并回收多艘神舟飛船的載人航天回收場(chǎng)，進(jìn)行實(shí)踐十號回收是一個(gè)理想的選擇。
我國首顆微重力科學(xué)實(shí)驗衛星實(shí)踐十號在順利完成12天太空飛行后，于4月18日16時(shí)30分在內蒙古四子王旗的預定區域著(zhù)陸。衛星回收艙著(zhù)陸狀態(tài)正常，外觀(guān)良好，這標志著(zhù)搜索回收任務(wù)順利完成。
實(shí)踐十號是中科院空間科學(xué)先導專(zhuān)項首批科學(xué)實(shí)驗衛星中唯一的返回式衛星，也是單次開(kāi)展微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)實(shí)驗項目最多的衛星，共開(kāi)展了19項實(shí)驗。
實(shí)踐十號是4月6日1時(shí)38分在酒泉發(fā)射升空的。在軌飛行期間，由西安衛星測控中心對其進(jìn)行不間斷測控管理，確保其運行穩定、星地鏈路通暢、飛行控制準確高效、各項科學(xué)實(shí)驗按計劃實(shí)施。經(jīng)過(guò)精準的軌道控制，使其瞄準預定著(zhù)陸區域返回。
16時(shí)15分，衛星回收艙與留軌艙分離�；厥张摲祷氐孛婧�，留軌艙還將在軌運行，待完成后續實(shí)驗項目后，墜入大氣層燒毀。
據介紹，搭載回收艙返回地球的科學(xué)樣品涉及11項空間科學(xué)實(shí)驗，其中2項為微重力科學(xué)實(shí)驗，剩余9項為空間生命科學(xué)實(shí)驗，涉及微重力流體物理、空間材料科學(xué)、空間輻射生物學(xué)效應、重力生物學(xué)效應、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(xué)實(shí)驗載荷及樣品正式交付科學(xué)應用系統。生物類(lèi)樣品進(jìn)行了現場(chǎng)處置，其中6個(gè)項目的樣品當晚返京，將及時(shí)送往實(shí)驗室處理。
衛星在軌12天期間，19項科學(xué)實(shí)驗有序開(kāi)展，衛星遙測、實(shí)驗載荷數據傳輸完整。初步分析，實(shí)驗進(jìn)展順利，總體達到要求，取得了預期的實(shí)驗結果。其中，哺乳動(dòng)物早期胚胎發(fā)育研究還首次在太空中實(shí)現小鼠的胚胎發(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。
據了解，回收艙返回后，衛星的留軌艙繼續在軌工作，完成包括煤燃燒實(shí)驗在內的8個(gè)實(shí)驗項目。專(zhuān)家指出，衛星留軌讓科學(xué)家有機會(huì )開(kāi)展危險性、拓展性的科學(xué)實(shí)驗，對前期在軌段實(shí)驗做有益補充。這期間的科學(xué)實(shí)驗結果仍將通過(guò)衛星原來(lái)的遙測、數傳發(fā)射機下傳。
實(shí)踐十號是我國成功發(fā)射回收的第24顆返回式衛星。以前發(fā)射的返回式衛星大多是遙感等應用衛星。實(shí)踐十號作為我國第一顆微重力科學(xué)實(shí)驗衛星，其實(shí)驗的苛刻要求對衛星平臺提出巨大挑戰，比如，諸多實(shí)驗的展開(kāi)讓天地遙操作系統更加復雜，對回收艙的散熱提出更高要求。因而設計人員在熱控、微重力、供電能力、回收保溫等方面進(jìn)行了全面升級�？梢哉f(shuō)，實(shí)踐十號是創(chuàng )造性地邁出空間科學(xué)實(shí)驗步伐的一顆“新星”。
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