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北京日報:實踐十號:15天綻放 解19道謎題

時間:2016年04月07日 信息來源:北京日報 點擊:2554 字體:

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4月6日凌晨1時38分,伴隨著夜色中點火的光亮,在震耳的轟鳴聲中,我國第25顆返回式衛(wèi)星,也是我國首顆返回式微重力科學試驗衛(wèi)星——實踐十號,由長征二號丁運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心準時發(fā)射升空,它將利用太空中微重力等特殊環(huán)境完成19項科學實驗,涉及微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學、空間輻射效應、微重力生物效應、空間生物技術六大領域。


實踐十號總設計壽命15天,將利用我國成熟的返回式衛(wèi)星技術按預定程序返回地球。


與此同時,中國空間科學中長期發(fā)展規(guī)劃研究團隊近日完成了《2016-2030空間科學規(guī)劃研究報告》,提出至2030年,中國空間科學要在宇宙的形成和演化、系外行星和地外生命的探索、太陽系的形成和演化等熱點科學領域取得重大科學突破。


專家揭秘


超級實驗室到底有多牛?


實踐十號衛(wèi)星搭載著19項創(chuàng)新性的科學實驗,相當于把一個綜合性的實驗室搬到了太空。這個實驗室有多牛?


使命 觀地球上看不到的現(xiàn)象


對科學家來說,宇宙空間是一個很好的實驗室。地球上的物理現(xiàn)象,都受到地球重力的制約,比如浮力、沉降等。在微重力,也就是通常說的“失重”環(huán)境下,能觀察到很多地球上不可能觀測到的獨特現(xiàn)象。


“極端物理條件下,物質的運動規(guī)律、物理化學過程、生命過程等都可能會發(fā)生變化,這就意味著重大科學突破的可能?!睂嵺`十號衛(wèi)星首席科學家、中科院院士胡文瑞說。


“地球重力場是蓋在物質運動規(guī)律和生命活動規(guī)律上的面紗,不揭開就無法看到很多問題的本質?!敝锌圃簢铱臻g科學中心主任吳季說,“實踐十號衛(wèi)星是一個高效、短期、綜合空間實驗平臺,它的使命就是揭開被重力所掩蓋的科學秘密,力爭獲得重大科學突破?!?/p>


優(yōu)勢 有比空間站更好的環(huán)境


我國將在2020年前后開始空間站的建設,為什么還要發(fā)射科學衛(wèi)星呢?胡文瑞解釋說,空間站有實驗時間長、可以有人參與等優(yōu)勢,但殘余重力、機械動力和人的活動干擾可能給實驗結果帶來影響。實踐十號衛(wèi)星是專門為微重力科學和空間生命科學而設計的衛(wèi)星,將為實驗提供更好的微重力環(huán)境和其他條件。


一是衛(wèi)星的微重力水平可更高,是地球表面重力的10-6g,而空間站上僅為地球重力的10-3g;二是它的機動性高,比如這次要進行的胚胎實驗可以在發(fā)射前8小時才裝到衛(wèi)星上,縮短在地面停留的時間,如果搭載在載人飛船上就做不到這一點;三是科學衛(wèi)星風險小,且造價大大低于建設一個空間站。


突破 絕不會重復別人的實驗


胡文瑞介紹,實踐十號搭載的19個實驗項目是從200多項申請中脫穎而出的,按照創(chuàng)新性、可行性、必要性等科學標準,經過嚴格遴選、反復論證,涵蓋微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學、空間輻射效應、微重力生物效應、空間生物技術6大領域。


“我們絕不會重復別人的實驗?!焙娜鹫f,“所有實驗任務都是全新探索,每一項科學實驗均具有創(chuàng)新性,有很高的科學研究價值,有望獲取具有國際先進水平的、具有自主知識產權的重大科技成果?!?/p>


全新設計


為安全返回安裝“秘密武器”


“我們已經有十年沒有將返回式衛(wèi)星送上過太空了?!闭f起這次研制工作,航天科技集團五院實踐十號衛(wèi)星工程總設計師唐伯昶難掩心中的激動。


2006年實踐八號發(fā)射成功后,實踐十號是我國返回式衛(wèi)星沉寂十年后的再次“回歸”。與返回式衛(wèi)星家族的“老前輩”相比,它又有怎樣的新變化呢?


首先,總裝與環(huán)境試驗是衛(wèi)星研制生產的最后一關,也是檢驗衛(wèi)星“鋼筋鐵骨”能否經受得住高低溫、高強度震動等惡劣空間環(huán)境的大熔爐。據(jù)介紹,不同于以往“真火慢燉”式的試驗方法,五院在實踐十號衛(wèi)星研制過程中,通過紅外籠虛擬仿真系統(tǒng)、試驗工裝數(shù)字化等新技術手段,進一步提高了試驗精準度,有效避免了多次試驗和試驗條件過于苛刻對產品造成傷害的隱患。


其次,控制和推進系統(tǒng)是實踐十號的核心。新產品不僅在性能和可靠性上大幅提高,而且通過一體化、高集成度設計方式,體積和重量大幅下降,為實踐十號留出了更為充裕的搭載空間。


第三,返回的安全和可靠是決定衛(wèi)星搭載實驗任務圓滿成功的關鍵一步。為了確保衛(wèi)星在回收階段落得既好又穩(wěn),五院在實踐十號上安裝了脈沖雷達應答機這一“秘密武器”。這個產品能打破航天器返回過程中常見的“黑障”限制,實現(xiàn)全程實時監(jiān)控,極大提高了地面對衛(wèi)星返回艙的測量精度。


另外,實踐十號的回收艙將搭載11個實驗載荷返回,但轉入返回軌道時,由于速度快,艙體的頭部會與大氣層進行劇烈摩擦,產生高達幾千度的熱量,如何控制溫度?據(jù)實踐十號衛(wèi)星系統(tǒng)總設計師趙會光介紹,此次對回收艙熱控系統(tǒng)進行了更改,能夠控制熱溫。且技術人員已為艙體制備了防摩擦和耐熱的特殊材料,既能阻擋熱量進入返回艙內,又能把大量的熱量迅速帶走。


任務速覽


19個實驗艙要做哪些新奇實驗?


在15天的時間中,實踐十號這位科學“實踐者”將在太空試驗場里辦哪些“大事”?


人類能否到太空繁衍后代?


隨著人類走向太空,未來,哺乳動物能在太空正常繁衍嗎?為了回答這個疑惑,實踐十號把小鼠早期胚胎帶上了太空。


日本研究人員幾年前曾稱,在太空微重力等環(huán)境下,哺乳動物正常的胚胎發(fā)育可能會受到阻礙,因此哺乳動物要在太空繁衍難度較大。


這一次,中國將利用返回式科學試驗衛(wèi)星,以小鼠早期胚胎為研究對象,通過研究太空環(huán)境對哺乳動物早期胚胎生長發(fā)育的影響,揭示空間環(huán)境條件下動物早期生命活動規(guī)律,為未來長期太空飛行中保障人類生殖發(fā)育健康提供科學依據(jù)。


航天器在太空著火怎么辦?


載人空間飛行過程中,存在多種威脅航天器和航天員安全的潛在風險,其中航天器艙內火災事故是最嚴重的一種,俄羅斯的和平號空間站、美國的阿波羅號飛船都有過慘痛教訓。


實踐十號科學應用系統(tǒng)總設計師康琦介紹,目前我國航天防火還不規(guī)范,主要是借鑒航空和地面的防火標準。現(xiàn)在我國航天器因為在軌時間短,這個問題還不突出,如果將來建空間站,沒有這方面的研究和標準,后果不堪設想。這次“實踐者”要做的另一件“大事”,就是為今后載人空間飛行探索更安全的防火規(guī)范和材料選用、使用規(guī)范。


太空中輻射問題怎么解決?


《火星救援》被喻為一部太空生存指南,但細心的觀眾會發(fā)現(xiàn),里面對輻射的描述相對較少。并不是太空輻射問題已經破解,而是由于至今還沒有完備的手段能夠解決太空輻射的風險。


太空環(huán)境中,既有太陽耀斑和日冕物質拋射時產生的太陽高能粒子,也有長期存在的能量高、穿透性強的銀河宇宙射線,即使是數(shù)十厘米厚的鋁板也難以防護。


目前各國開展空間輻射生物學研究,主要是進行風險評估和尋找對策。這次實踐十號搭載了3個生物輻射盒,攜帶了水稻種子、擬南芥種子和線蟲等樣品,研究空間輻射引起生物基因組變化和空間輻射損傷的分子網絡調控,建立輻射風險評估體系,為我國空間站輻射評估和防護提供基礎。


微重力下煤能否“冷焰燃燒”?


美國空間站十大成果之一,就是通過棉花團點燃觀察到“冷焰燃燒”,而這一低溫狀態(tài)下的燃燒是地面無法看到的。胡文瑞院士介紹,此次“煤燃燒及其污染物生成實驗”也期待看到微重力條件下煤的“冷焰燃燒”實驗效果。


康琦說,煤炭是我國能源的主力,其燃燒帶來的污染較大。在地球上,受浮力、熱對流等因素影響,煤燃燒的系數(shù)無法準確測得。而在微重力環(huán)境下進行煤燃燒實驗,則可以避免這些干擾,有望獲得一些地面無法得到的基礎數(shù)據(jù)。這對完善煤燃燒理論和模型,幫助人類更好利用煤炭資源有重要意義。


新聞鏈接


中國空間科學“四先鋒”


6日,我國實踐十號返回式科學實驗衛(wèi)星成功發(fā)射。實踐十號是中科院空間科學戰(zhàn)略性先導專項“四先鋒”中的“老二”。那么,它的“兄弟”們都有何專長呢?


■暗物質粒子探測衛(wèi)星


2015年12月17日,我國成功發(fā)射暗物質衛(wèi)星“悟空”。它有望在暗物質粒子探測和宇宙線物理這兩大科學難題上取得突破。截至今年3月17日,“悟空”已完成了2/3天區(qū)的掃描,共探測到4.6億個高能粒子。數(shù)據(jù)分析正在緊張進行中,預計今年底將公布首批科學成果。


■實踐十號返回式科學試驗衛(wèi)星


2016年4月6日,我國將首顆微重力科學試驗衛(wèi)星——實踐十號發(fā)射升空。它的主要科學目標是:開展空間科學實驗,研究、揭示微重力條件和空間輻射條件下的物質運動及生命活動規(guī)律,取得創(chuàng)新科技成果。


■量子科學實驗衛(wèi)星


我國有望于今年下半年發(fā)射量子衛(wèi)星,它將進行星地高速量子密鑰分發(fā)實驗,并在此基礎上進行廣域量子密鑰網絡實驗,以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破;在空間尺度進行量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實驗,開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。


■硬X射線調制望遠鏡衛(wèi)星


硬X射線調制望遠鏡衛(wèi)星也有望于今年下半年發(fā)射,它將實現(xiàn)寬波段X射線巡天,發(fā)現(xiàn)被塵埃遮擋的超大質量黑洞和未知類型天體;通過觀測黑洞、中子星、活動星系等高能天體,研究致密天體和黑洞強引力中物質的動力學和高能輻射過程;探索利用X射線脈沖星實現(xiàn)航天器自主導航的技術和原理。






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