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北京日报:实践十号:15天绽放 解19道谜题

时间:2016年04月07日 信息来源:北京日报 点击:2261 字体:

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4月6日凌晨1时38分,伴随着夜色中点火的光亮,在震耳的轰鸣声中,我国第25颗返回式卫星,也是我国首颗返回式微重力科学试验卫星——实践十号,由长征二号丁运载火箭在酒泉卫星发射中心准时发射升空,它将利用太空中微重力等特殊环境完成19项科学实验,涉及微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学、空间辐射效应、微重力生物效应、空间生物技术六大领域。


实践十号总设计寿命15天,将利用我国成熟的返回式卫星技术按预定程序返回地球。


与此同时,中国空间科学中长期发展规划研究团队近日完成了《2016-2030空间科学规划研究报告》,提出至2030年,中国空间科学要在宇宙的形成和演化、系外行星和地外生命的探索、太阳系的形成和演化等热点科学领域取得重大科学突破。


专家揭秘


超级实验室到底有多牛?


实践十号卫星搭载着19项创新性的科学实验,相当于把一个综合性的实验室搬到了太空。这个实验室有多牛?


使命 观地球上看不到的现象


对科学家来说,宇宙空间是一个很好的实验室。地球上的物理现象,都受到地球重力的制约,比如浮力、沉降等。在微重力,也就是通常说的“失重”环境下,能观察到很多地球上不可能观测到的独特现象。


“极端物理条件下,物质的运动规律、物理化学过程、生命过程等都可能会发生变化,这就意味着重大科学突破的可能。”实践十号卫星首席科学家、中科院院士胡文瑞说。


“地球重力场是盖在物质运动规律和生命活动规律上的面纱,不揭开就无法看到很多问题的本质。”中科院国家空间科学中心主任吴季说,“实践十号卫星是一个高效、短期、综合空间实验平台,它的使命就是揭开被重力所掩盖的科学秘密,力争获得重大科学突破。”


优势 有比空间站更好的环境


我国将在2020年前后开始空间站的建设,为什么还要发射科学卫星呢?胡文瑞解释说,空间站有实验时间长、可以有人参与等优势,但残余重力、机械动力和人的活动干扰可能给实验结果带来影响。实践十号卫星是专门为微重力科学和空间生命科学而设计的卫星,将为实验提供更好的微重力环境和其他条件。


一是卫星的微重力水平可更高,是地球表面重力的10-6g,而空间站上仅为地球重力的10-3g;二是它的机动性高,比如这次要进行的胚胎实验可以在发射前8小时才装到卫星上,缩短在地面停留的时间,如果搭载在载人飞船上就做不到这一点;三是科学卫星风险小,且造价大大低于建设一个空间站。


突破 绝不会重复别人的实验


胡文瑞介绍,实践十号搭载的19个实验项目是从200多项申请中脱颖而出的,按照创新性、可行性、必要性等科学标准,经过严格遴选、反复论证,涵盖微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学、空间辐射效应、微重力生物效应、空间生物技术6大领域。


“我们绝不会重复别人的实验。”胡文瑞说,“所有实验任务都是全新探索,每一项科学实验均具有创新性,有很高的科学研究价值,有望获取具有国际先进水平的、具有自主知识产权的重大科技成果。”


全新设计


为安全返回安装“秘密武器”


“我们已经有十年没有将返回式卫星送上过太空了。”说起这次研制工作,航天科技集团五院实践十号卫星工程总设计师唐伯昶难掩心中的激动。


2006年实践八号发射成功后,实践十号是我国返回式卫星沉寂十年后的再次“回归”。与返回式卫星家族的“老前辈”相比,它又有怎样的新变化呢?


首先,总装与环境试验是卫星研制生产的最后一关,也是检验卫星“钢筋铁骨”能否经受得住高低温、高强度震动等恶劣空间环境的大熔炉。据介绍,不同于以往“真火慢炖”式的试验方法,五院在实践十号卫星研制过程中,通过红外笼虚拟仿真系统、试验工装数字化等新技术手段,进一步提高了试验精准度,有效避免了多次试验和试验条件过于苛刻对产品造成伤害的隐患。


其次,控制和推进系统是实践十号的核心。新产品不仅在性能和可靠性上大幅提高,而且通过一体化、高集成度设计方式,体积和重量大幅下降,为实践十号留出了更为充裕的搭载空间。


第三,返回的安全和可靠是决定卫星搭载实验任务圆满成功的关键一步。为了确保卫星在回收阶段落得既好又稳,五院在实践十号上安装了脉冲雷达应答机这一“秘密武器”。这个产品能打破航天器返回过程中常见的“黑障”限制,实现全程实时监控,极大提高了地面对卫星返回舱的测量精度。


另外,实践十号的回收舱将搭载11个实验载荷返回,但转入返回轨道时,由于速度快,舱体的头部会与大气层进行剧烈摩擦,产生高达几千度的热量,如何控制温度?据实践十号卫星系统总设计师赵会光介绍,此次对回收舱热控系统进行了更改,能够控制热温。且技术人员已为舱体制备了防摩擦和耐热的特殊材料,既能阻挡热量进入返回舱内,又能把大量的热量迅速带走。


任务速览


19个实验舱要做哪些新奇实验?


在15天的时间中,实践十号这位科学“实践者”将在太空试验场里办哪些“大事”?


人类能否到太空繁衍后代?


随着人类走向太空,未来,哺乳动物能在太空正常繁衍吗?为了回答这个疑惑,实践十号把小鼠早期胚胎带上了太空。


日本研究人员几年前曾称,在太空微重力等环境下,哺乳动物正常的胚胎发育可能会受到阻碍,因此哺乳动物要在太空繁衍难度较大。


这一次,中国将利用返回式科学试验卫星,以小鼠早期胚胎为研究对象,通过研究太空环境对哺乳动物早期胚胎生长发育的影响,揭示空间环境条件下动物早期生命活动规律,为未来长期太空飞行中保障人类生殖发育健康提供科学依据。


航天器在太空着火怎么办?


载人空间飞行过程中,存在多种威胁航天器和航天员安全的潜在风险,其中航天器舱内火灾事故是最严重的一种,俄罗斯的和平号空间站、美国的阿波罗号飞船都有过惨痛教训。


实践十号科学应用系统总设计师康琦介绍,目前我国航天防火还不规范,主要是借鉴航空和地面的防火标准。现在我国航天器因为在轨时间短,这个问题还不突出,如果将来建空间站,没有这方面的研究和标准,后果不堪设想。这次“实践者”要做的另一件“大事”,就是为今后载人空间飞行探索更安全的防火规范和材料选用、使用规范。


太空中辐射问题怎么解决?


《火星救援》被喻为一部太空生存指南,但细心的观众会发现,里面对辐射的描述相对较少。并不是太空辐射问题已经破解,而是由于至今还没有完备的手段能够解决太空辐射的风险。


太空环境中,既有太阳耀斑和日冕物质抛射时产生的太阳高能粒子,也有长期存在的能量高、穿透性强的银河宇宙射线,即使是数十厘米厚的铝板也难以防护。


目前各国开展空间辐射生物学研究,主要是进行风险评估和寻找对策。这次实践十号搭载了3个生物辐射盒,携带了水稻种子、拟南芥种子和线虫等样品,研究空间辐射引起生物基因组变化和空间辐射损伤的分子网络调控,建立辐射风险评估体系,为我国空间站辐射评估和防护提供基础。


微重力下煤能否“冷焰燃烧”?


美国空间站十大成果之一,就是通过棉花团点燃观察到“冷焰燃烧”,而这一低温状态下的燃烧是地面无法看到的。胡文瑞院士介绍,此次“煤燃烧及其污染物生成实验”也期待看到微重力条件下煤的“冷焰燃烧”实验效果。


康琦说,煤炭是我国能源的主力,其燃烧带来的污染较大。在地球上,受浮力、热对流等因素影响,煤燃烧的系数无法准确测得。而在微重力环境下进行煤燃烧实验,则可以避免这些干扰,有望获得一些地面无法得到的基础数据。这对完善煤燃烧理论和模型,帮助人类更好利用煤炭资源有重要意义。


新闻链接


中国空间科学“四先锋”


6日,我国实践十号返回式科学实验卫星成功发射。实践十号是中科院空间科学战略性先导专项“四先锋”中的“老二”。那么,它的“兄弟”们都有何专长呢?


■暗物质粒子探测卫星


2015年12月17日,我国成功发射暗物质卫星“悟空”。它有望在暗物质粒子探测和宇宙线物理这两大科学难题上取得突破。截至今年3月17日,“悟空”已完成了2/3天区的扫描,共探测到4.6亿个高能粒子。数据分析正在紧张进行中,预计今年底将公布首批科学成果。


■实践十号返回式科学试验卫星


2016年4月6日,我国将首颗微重力科学试验卫星——实践十号发射升空。它的主要科学目标是:开展空间科学实验,研究、揭示微重力条件和空间辐射条件下的物质运动及生命活动规律,取得创新科技成果。


■量子科学实验卫星


我国有望于今年下半年发射量子卫星,它将进行星地高速量子密钥分发实验,并在此基础上进行广域量子密钥网络实验,以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破;在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验,开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。


■硬X射线调制望远镜卫星


硬X射线调制望远镜卫星也有望于今年下半年发射,它将实现宽波段X射线巡天,发现被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体;通过观测黑洞、中子星、活动星系等高能天体,研究致密天体和黑洞强引力中物质的动力学和高能辐射过程;探索利用X射线脉冲星实现航天器自主导航的技术和原理。






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