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實(shí)踐十號(hào)返回地球
導(dǎo)語(yǔ)：“實(shí)踐十號(hào)”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(guó)首顆微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星任務(wù)圓滿成功。圖為交接儀式完成后，直升機(jī)吊運(yùn)回收艙�！�
解密“實(shí)踐十號(hào)”衛(wèi)星返回地球家園如何“破難題”
“實(shí)踐十號(hào)”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(guó)首顆微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)?記者采訪了衛(wèi)星的研制方中國(guó)航天科技集團(tuán)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(gè)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(yùn)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(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)力過載大，落點(diǎn)無(wú)法調(diào)整和控制，可能產(chǎn)生較大的落點(diǎn)偏差�！皩�(shí)踐十號(hào)”就屬于彈道式回收，它開創(chuàng)了中國(guó)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(jì)的時(shí)候一般由回收艙和儀器艙兩部分組成，“實(shí)踐十號(hào)”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(diǎn)，一眼看上去就像一個(gè)放大的“子彈頭”，內(nèi)部是由四個(gè)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(lái)。
衛(wèi)星的回收是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，要求在設(shè)計(jì)上充分考慮如何控制返回姿態(tài)，如何可靠地對(duì)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(nèi)溫度過高，試驗(yàn)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(tuán)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(shí)踐十號(hào)”的控制系統(tǒng)要能夠準(zhǔn)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(dòng)力系統(tǒng)，確保順利脫離原運(yùn)行軌道，進(jìn)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(shí)，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(biāo)位裝置，確保返回落地后能及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便回收人員及時(shí)識(shí)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(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星副總師李春華介紹，要想確保“空間實(shí)驗(yàn)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(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道后，星上姿態(tài)控制必須保持三軸穩(wěn)定�！皩�(shí)踐十號(hào)”返回艙在衛(wèi)星飛行204圈時(shí)升軌返回，其返回飛行時(shí)序設(shè)計(jì)主要繼承了以往返回衛(wèi)星的設(shè)計(jì)成果，針對(duì)星上狀態(tài)變化、保障條件變化等進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。
二是衛(wèi)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(jié)構(gòu)和防熱設(shè)計(jì)能夠滿足回收要求，研制人員對(duì)再入過程的力、熱環(huán)境分別進(jìn)行了反復(fù)計(jì)算。
三是衛(wèi)星回收技術(shù)。當(dāng)“實(shí)踐十號(hào)”在太空飛行12天14.5小時(shí)后，衛(wèi)星開始進(jìn)入“回家”旅程。回收分系統(tǒng)將采用“時(shí)間過載時(shí)間”的控制方式，使用時(shí)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(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、加速度開關(guān)加電”等一系列指令。
難題四：“回家”地點(diǎn)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(jì)70年代，中國(guó)返回式衛(wèi)星落區(qū)則選擇在四川遂寧。而此次“實(shí)踐十號(hào)”回收?qǐng)鰟t選在了內(nèi)蒙古四子王旗，這是經(jīng)過精心挑選的。
據(jù)實(shí)踐十號(hào)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(lái)，中國(guó)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(cái)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(wèi)星尋找?guī)?lái)困難。針對(duì)這種情況，利用中國(guó)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?qǐng)觯M(jìn)行實(shí)踐十號(hào)回收是一個(gè)理想的選擇。
我國(guó)首顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星實(shí)踐十號(hào)在順利完成12天太空飛行后，于4月18日16時(shí)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(biāo)志著搜索回收任務(wù)順利完成。
實(shí)踐十號(hào)是中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首批科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星中唯一的返回式衛(wèi)星，也是單次開展微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目最多的衛(wèi)星，共開展了19項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。
實(shí)踐十號(hào)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(wèi)星測(cè)控中心對(duì)其進(jìn)行不間斷測(cè)控管理，確保其運(yùn)行穩(wěn)定、星地鏈路通暢、飛行控制準(zhǔn)確高效、各項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)按計(jì)劃實(shí)施。經(jīng)過精準(zhǔn)的軌道控制，使其瞄準(zhǔn)預(yù)定著陸區(qū)域返回。
16時(shí)15分，衛(wèi)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(yùn)行，待完成后續(xù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(xué)樣品涉及11項(xiàng)空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，其中2項(xiàng)為微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)，剩余9項(xiàng)為空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)，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(yīng)、重力生物學(xué)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(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷及樣品正式交付科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)。生物類樣品進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)處置，其中6個(gè)項(xiàng)目的樣品當(dāng)晚返京，將及時(shí)送往實(shí)驗(yàn)室處理。
衛(wèi)星在軌12天期間，19項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)有序開展，衛(wèi)星遙測(cè)、實(shí)驗(yàn)載荷數(shù)據(jù)傳輸完整。初步分析，實(shí)驗(yàn)進(jìn)展順利，總體達(dá)到要求，取得了預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(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(shí)驗(yàn)在內(nèi)的8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。專家指出，衛(wèi)星留軌讓科學(xué)家有機(jī)會(huì)開展危險(xiǎn)性、拓展性的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)前期在軌段實(shí)驗(yàn)做有益補(bǔ)充。這期間的科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍將通過衛(wèi)星原來(lái)的遙測(cè)、數(shù)傳發(fā)射機(jī)下傳。
實(shí)踐十號(hào)是我國(guó)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(shí)踐十號(hào)作為我國(guó)第一顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，其實(shí)驗(yàn)的苛刻要求對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)提出巨大挑戰(zhàn)，比如，諸多實(shí)驗(yàn)的展開讓天地遙操作系統(tǒng)更加復(fù)雜，對(duì)回收艙的散熱提出更高要求。因而設(shè)計(jì)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(jí)�？梢哉f，實(shí)踐十號(hào)是創(chuàng)造性地邁出空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)步伐的一顆“新星”。
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