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科学家揭秘:这个太空中的"超级实验室"到底有多牛?
时间:2016/4/6 来源:新华网 作者: 点击:735    

  6日1时38分,酒泉卫星发射中心,长征二号丁运载火箭成功将中国科学卫星系列第二颗星——实践十号返回式科学实验卫星送入太空。

  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?科学家们为我们揭秘。

  【使命:揭开被重力掩盖的科学秘密】

  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。

  我国是继美国、俄罗斯之外第三个掌握返回式卫星技术的国家,实践十号是我国发射的第25颗返回式卫星。“也是首颗大规模实施无人空间微重力实验的返回式科学卫星。”中国航天科技集团五院实践十号卫星工程总设计师唐伯昶说。

  “从上世纪80年代后期,我国就开始利用返回式卫星做微重力科学实验,但都是搭载在其他用途的卫星上。实践十号是第一颗专门为进行微重力科学和空间生命科学研究而发射的卫星,对科学研究来说,机会十分难得。”胡文瑞说。

  他说,近年来,微重力环境是各国研究的焦点领域。人类要走向太空,就必须研究微重力环境下物质会发生哪些变化。而科学家们的一些理论猜想,也只有到太空微重力的环境下,才能进行实验验证。

  “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、空间科学卫星工程常务副总指挥吴季说,“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:具备比空间站更好的微重力环境】

  为了开展微重力研究,科学家们尝试在地球上模拟微重力环境,比如利用几十米、几百米高的落塔或落井、抛物线飞机和探空火箭。

  “落塔或落井微重力时间只有几秒钟;抛物线飞机可提供30秒低重力时间;探空火箭一般从5分钟到十几分钟。它们可以做流体、燃烧等耗时短的微重力实验,而材料生长、生物过程等需要时间较长的实验就无法进行。”实践十号卫星科学应用系统总设计师康琦说,“长时间的空间科学实验需要利用科学卫星、航天飞机、空间站进行,与地面微重力实验互为补充。”

  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,而太空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,而且返回式科学卫星在实验完成后就可以及时回收,这是空间站做不到的;三是科学卫星风险小,且造价大大低于建设一个空间站。

  胡文瑞说,一些其他国家发射科学卫星是对空间站任务的补充,而我国科学卫星上的实验项目和未来空间站任务是完全“错身”的,实验内容不会重复,具有不可替代的作用。

  【突破:绝不重复别人的实验】

  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,有很强的科学研究价值,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。”

  据介绍,这19项实验都非常有特点,比如微重力下煤燃烧实验等项目针对能源、农业和健康等国家战略目标,为解决地球上的现实问题提供帮助;导线绝缘层着火实验等项目结合航天器防火等关键技术需求,为我国航天工程后续发展提供支撑;哺乳动物早期胚胎发育、造血与神经干细胞三维培养等项目瞄准空间生命科学的前沿课题,对人类未来走向太空有重要意义。

  胡文瑞透露,这些实验的前期理论研究已经发表了数十篇论文,一些专门研制的仪器设备也达到国际领先水平。比如为熔体材料生长实验而研制的空间多功能材料生长炉,不仅能提供实验所需的高温温场环境,而且有6个工位,能实现8项样品的转位换位、提拉生长、高温温度的精确控制。

  【纪录:单次实验项目最多】

  胡文瑞介绍,目前世界上只有俄罗斯和我国把返回式卫星技术运用到科学卫星上。实践十号搭载了19项科学实验任务,涉及28项科学实验研究,是迄今为止单次空间微重力和生命科学实验项目及种类最多的卫星任务。

  不同于俄罗斯科学卫星是任务结束后整体返回地球,实践十号分为留轨舱和返回舱。“19项实验中,8项流体物理和燃烧实验将在留轨舱进行,其他11项科学试验将在回收舱进行。”康琦说,实践十号设计寿命为15天,返回舱在轨飞行若干天后将返回地球,而留轨舱将继续在轨工作3到5天。

  实践十号卫星整体为柱锥组合体形状,高约5.2米,直径超过2米。19个实验载荷分别装在29个铝合金箱子里,总共近600公斤。

  康琦介绍说,实践十号上的生命科学实验其实在地面上就已经开始了,其他实验在卫星入轨后两小时开始进行。留轨舱的实验会轮流进行,而回收舱的实验是同时进行,经过地面模拟飞行实验确保它们不会相互干扰。

  作为我国新一代返回式卫星,实践十号在卫星技术方面也得到了较大改进,实现了三大飞跃:一是姿态控制采用小发动机作为推进系统的推力器,可以保证较好的卫星微重力水平;二是以与国际接轨的数据管理系统替代原先的程序控制器,使得遥控指令和遥测数据的安排以及改变飞行程序的数据注入都更加灵活;三是增设流体回路的热控分系统,使卫星回收舱内部的热能有效排到星外,以确保生物样品的温度环境。

  据介绍,卫星飞行期间,科研人员可以在卫星科学应用系统任务运行中心通过视频、图片看到各项实验的整个过程,通过获得的数据开展研究。回收舱返回地球后会很快开启,回收的实验装置会被送到各研究单位进行研究。

 
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