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中国新闻网:解密“实践十号”卫星返回地球家园如何“破难题”

时间:2016年04月20日 信息来源:中国新闻网 点击:2018 字体:

“实践十号”卫星18日在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆,中国首颗微重力科学和空间生命科学实验卫星任务圆满成功。图为交接仪式完成后,直升机吊运回收舱。 宗兆盾 摄 


“实践十号”卫星18日在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆,中国首颗微重力科学和空间生命科学实验卫星任务圆满成功。回首卫星“回家”旅程,遇到哪些难关,克服哪些困难?具备什么条件?拥有什么特点?记者采访了卫星的研制方——中国航天科技集团第五研究院的专家们。 


难题一:卫星怎样返回地面?


要了解这个问题,首先需要了解什么是航天器的返回轨道。


人们通常把航天器从脱离运行轨道到降落到地面这一段的飞行轨迹叫返回轨道。根据航天器在返回轨道上所受到的升力和阻力的情况采用不同方式回收,返回式航天器在返回地面的过程中,一般采用弹道式、半弹道式和滑翔式(升力式)三种轨道。 


弹道式返回轨道的特点是,航天器在进入返回轨道再入大气层的时候,只受阻力作用而不产生升力,因而下降的速度快,空气动力过载大,落点无法调整和控制,可能产生较大的落点偏差。“实践十号”就属于弹道式回收,它开创了中国航天器在四子王旗弹道式回收的先河。 


返回式卫星在设计的时候一般由回收舱和仪器舱两部分组成,“实践十号”也不例外。在结构布局上,它充分继承了以往返回式卫星的结构特点,一眼看上去就像一个放大的“子弹头”,内部是由四个舱段构成的仪器舱和返回舱组成,回收是指将返回舱收回来。 


卫星的回收是一个极其复杂的过程,要求在设计上充分考虑如何控制返回姿态,如何可靠地对付再入大气层时产生的极高温等难题,特别是避免舱内温度过高,试验样品受到破坏。 


难题二:返回地球家园应具备什么条件?


据航天科技集团公司五院总体部返回卫星与空间安全总体研究室高振良介绍,首先,“实践十号”的控制系统要能够准确地调整卫星姿态,使它能够从在轨道上飞行的姿态变成返回姿态。其次,卫星舱段必须能够可靠分离,卫星还需自带动力系统,确保顺利脱离原运行轨道,进入返回轨道。 


再次,卫星要有良好的防热性能和隔热性能,确保返回舱不被烧毁,并且保证返回舱内部温度不能过高。同时,返回舱上要有良好的减速和缓冲设备,确保安全降落到地面而不被摔坏。最后,返回舱上还要装备标位装置,确保返回落地后能及时发出信号,以便回收人员及时识别位置和成功回收。 


难题三:卫星“回家”需突破三大关键技术


据实践十号卫星副总师李春华介绍,要想确保“空间实验室”顺利“回家”至少要突破三大关键技术。


一是卫星姿态及轨道控制技术。当卫星进入预定轨道后,星上姿态控制必须保持三轴稳定。“实践十号”返回舱在卫星飞行204圈时升轨返回,其返回飞行时序设计主要继承了以往返回卫星的设计成果,针对星上状态变化、保障条件变化等进行适应性调整。 


二是卫星再入防热技术。返回舱进入大气层后,由于速度快,舱体的头部与大气层进行剧烈摩擦,产生大量热量。为确保结构和防热设计能够满足回收要求,研制人员对再入过程的力、热环境分别进行了反复计算。 


三是卫星回收技术。当“实践十号”在太空飞行12天14.5小时后,卫星开始进入“回家”旅程。回收分系统将采用“时间—过载—时间”的控制方式,使用时间控制器、加速度开关和回收配电器联合工作。回收舱返回时,以“两舱一次分离”作为返回零时间,由时间控制器依次按发出“起旋火箭点火、制动火箭点火、消旋火箭点火、制动舱解锁、加速度开关加电”等一系列指令。 


难题四:“回家”地点怎么选择?


卫星成功返回,回收着陆区域选择非常重要。上世纪70年代,中国返回式卫星落区则选择在四川遂宁。而此次“实践十号”回收场则选在了内蒙古四子王旗,这是经过精心挑选的。 


据实践十号卫星总指挥邱家稳介绍,一是经过几十年的发展,特别是改革开放以来,中国发生了天翻地覆的变化,腹地四川中部的山区发生了变化,人员密度增大,新建房屋林立,卫星在此回收将给老百姓的人身和财产安全带来很大的威胁。二是那里山丘密林、江河峡谷,将给卫星寻找带来困难。针对这种情况,利用中国在内蒙古中部地区建成并回收多艘神舟飞船的载人航天回收场,进行实践十号回收是一个理想的选择。




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