实践十号,中国成功发射首颗微重力科学实验卫

来源:http://www.revjohnhenson.com 作者:关于科技 人气:180 发布时间:2019-11-19
摘要:“实践十号”返回科学硕果 4月6日1时38分,中国首颗微重力科学实验卫星实践十号返回式科学实验卫星,由长征二号丁运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。 “实践十号”是中国科学
“实践十号”返回科学硕果

4月6日1时38分,中国首颗微重力科学实验卫星实践十号返回式科学实验卫星,由长征二号丁运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。  “实践十号”是中国科学院空间科学先导专项首批立项研究的科学卫星之一,其科学任务是研究并揭示微重力和空间辐射条件下的物质运动及生命运动规律,取得创新成果。  实践十号卫星首席科学家、中科院院士胡文瑞介绍,微重力是某种意义的“失重”,太空环境的重力仅是地球的10^(-6)。尽管可以在地面利用数百米的高塔,或是“抛物线飞机”、“探空火箭”等平台进行微重力实验,但因时间较短,难以进行生命实验。  “实践十号”利用中国成熟的返回式卫星技术,在轨道上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、重力生物效应、空间生物技术六大领域。  “选择这些科学实验有两项标准,首先是创新,其次是可行。”胡文瑞说,“我们绝不会重复别人的实验,所有科学实验均具有创新性”。  据介绍,8项流体物理和燃烧实验将在留轨舱内进行,另外11项科学实验将在回收舱进行。回收舱将在轨工作若干天后,按照预定程序返回地球。20160406080014110.jpg  胡文瑞说,回收的11台科学实验载荷及实验样品将交付科学应用系统,部分空间生命科学样品将与地面对比试验结果进行比照。留轨舱内的8台有效载荷将继续开展留轨阶段空间科学实验和拓展实验。  实践十号卫星工程由中国科学院国家空间科学中心抓总负责。该中心主任吴季表示,“实践十号”将揭开盖在物质运动规律和生命氧化规律上的重力场“面纱”,具有科学意义和潜在的应用意义。  中国航天科技集团公司第五研究院抓总研制卫星系统及卫星平台。科学应用系统由中科院力学所负责,19个科学实验项目由中科院11个研究所和6所高校承担。  运载火箭系统由中国航天科技集团所属上海航天技术研究院负责研制,这是长征系列运载火箭的第226次飞行。  卫星将进行两项国际科学实验合作  据介绍,欧洲空间局和日本宇宙航天研发机构各自参加了一个“实践十号”科学实验项目。  胡文瑞在受访时说,与欧空局合作进行的实验项目是“微重力条件下石油组分热扩散特性的研究和Soret系数的测量”。与日本宇宙航天研发机构合作进行的实验项目是“多种空间熔体材料科学实验”。  “早在‘实践十号’立项之初,中方就与欧空局签署合作协议。”胡文瑞对中新社记者说,此次中欧合作项目也属于SCCO项目,这是一项包括加拿大、俄罗斯等国参与在内的持续多年的国际合作。  胡文瑞解释说,由于地热梯度的存在,Soret效应对分布于地下的石油各组分的迁移和分布有很大影响。要想尽可能准确预测油田中的气油界面和组分分布,就需要Soret系数的准确数据。但在地面常重力条件下,无法获得不受对流干扰的理想热扩散,继而无法得到准确数据。  “利用中国的返回式卫星,搭载欧方和中方共同研制的仪器设备,以及6种不同的石油多组分样品,其中4种来自欧洲、2种来自中国。双方共同完成石油组分热扩散系数的测量,让样品进行约270小时的理想热扩散过程。”胡文瑞说,待样品返回地球回收后再进行分析,得到Soret系数的精确数值,极具应用前景。  “在最具优势和最具重大科学发现潜力的科学热点领域,通过自主和国际合作科学卫星计划,实现科学上的重大创新突破。”中国科学院国家空间科学中心主任吴季表示,希冀带动相关高技术的跨越式发展,发挥空间科学在国家发展中的重要战略作用。  10个数字解码中国“实践十号”科学卫星  中新社记者采访专家,选取这颗卫星的10个关键数字进行解码。20160406080049119.jpg  3.3——“实践十号”总质量约3.3吨,由低轨道发射能力约3.6吨的长征二号丁运载火箭,将其送入轨道。运载系统总指挥谈学军说,长二丁已发射26次,将38颗卫星送入太空,保持着100%的成功率。  555——谈学军介绍,火箭主动段飞行约555秒,发射559秒后星箭分离。为最大限度排除地面重力对空间生命科学实验任务可能带来的影响,科学家们在发射8小时以前才安装最后一个载荷,并对生命生长状况进行监控。  25——“实践十号”是中国第25颗返回式卫星。“从1974年开始发射返回式卫星至今,已是‘轻车熟路’。”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,此番专门为“微重力科学和空间生命科学”实验研究量身定做,可谓名副其实的“空间实验室”。  10^(-6)——太空环境的重力约为地球的10^(-6),人类可以在此实现地面上难以进行的科学实验,或生产新材料和昂贵药物等。“俄罗斯返回式卫星已达到10^(-6)g这一技术指标。”航天科技集团五院“实践十号”卫星系统总设计师赵会光说,“实践十号”整体优于10^(-4)g,部分时段或位置将达到10^(-6)g。  13/7/23——据不完全统计,在已发射的24颗返回式卫星中,共完成13项空间生命科学实验,7项空间材料加工试验,23次空间微重力科学实验,3次微重力测量试验,以及900多件植物种子、微生物、虫卵,100多件空间辐射剂量测量,20多件航天用器件的无源搭载试验等。  19——“实践十号”卫星首席科学家、中科院院士胡文瑞介绍,卫星搭载了19个科学实验载荷,涉及28项科学实验研究,所有科学实验均具有创新性。这也是中国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空间任务。  2——19项科学实验中有两项涉及国际合作。分别是,与欧洲空间局合作进行的实验项目是“微重力条件下石油组分热扩散特性的研究和Soret系数的测量”。与日本宇宙航天研发机构合作进行的实验项目是“多种空间熔体材料科学实验”。  3——据悉,“实践十号”回收舱设计在轨运行若干天,返回地球,着陆场为具有比较成熟回收条件的内蒙古四子王旗。留轨舱将继续在轨工作3—5天,可以继续进行实验,之后舱段将坠入大气层烧毁。  10——胡文瑞回忆,筹备“实践十号”几乎已有10年,是中科院空间科学先导专项首批立项研究的科学卫星中准备时间最长的。赵会光说,距离上一颗返回式卫星“实践八号”在2006年成功发射,也已过去10年。  11/6——“实践十号”卫星科学应用系统联合了中国科学院11个研究所及中国6所高校共同参与,参与其间的科技人员近500余人。“实践十号”卫星工程则分为工程大总体及卫星系统、运载火箭系统、发射场系统、测控回收系统、地面支撑系统以及科学应用系统等六大系统。

■本报记者 丁佳

在北京中关村北四环以南,一座百米高塔格外引人注目。这里是国家微重力实验室的百米微重力实验落塔,科学家将实验载荷提升到近100米高的塔顶,让它们做自由落体,观察微重力状态下的各种科学现象。

但地球只给了科学家区区3.6秒。想要更长的微重力时间?恐怕还得到太空中去。

近日,中国科学院空间科学先导专项中首批确定的五颗科学卫星之一 ——“实践十号”返回式科学实验卫星已完成有效载荷正样研制及环境试验,交付卫星总体,为明年上半年在酒泉卫星发射中心升空奠定了基础。

瞄准最前沿

事实上,“实践十号”从最初规划至今,已走过了10年历程,它是中国科学卫星系列中唯一的返回式卫星,是开展微重力科学和空间生命科学研究的高效、短期、综合空间实验平台。

“在微重力这种极端环境条件下,科学家可以开展许多地面上做不了的实验。”“实践十号”卫星项目首席科学家、中科院院士胡文瑞说,“这是一个获得重大科学突破的机会。”

“实践十号”共包含流体物理、燃烧科学、材料科学、辐射生物效应、重力生物效应、生物技术等6大领域,将在轨开展19项科学实验,并利用空间实验样品返回的方式,研究在微重力环境及复杂辐射环境中的物质运动规律以及生命活动规律,以期在重大应用研究和基础研究方面取得突破性进展。

卫星分为留轨舱和回收舱两部分,留轨舱将进行8项流体物理和燃烧试验,其他11项科学试验将在回收舱进行。回收舱的设计在轨运行寿命为12天,随后返回地球,而留轨舱将继续在轨工作3天。“卫星上的全部科学实验都将采取遥科学的手段进行远程控制。”胡文瑞透露。

燃烧,为了更好地防火

“实践十号”上搭载的微重力科学实验,带有鲜明的中国特色。

例如,“微重力下煤燃烧及其污染物生成特性研究”就是要利用微重力环境,揭示中国典型煤种的单个颗粒和煤粉颗粒群在流动解耦、传热传质各向同性理想状态下的着火、燃烧和污染物生成的基本规律,准确获得地面无法得到的一些基础数据,发展更完善的煤燃烧理论和模型。

而导线绝缘层和典型非金属材料这两个微重力燃烧实验,则是为了紧迫的应用需求而专门设计。欧美发达国家的一些惨痛教训告诉人们,在空间环境下,航天器内部一旦着火,后果将不堪设想。然而,我国目前还缺乏微重力条件下的防火规范,主要还是借鉴航空和地面的防火标准,很不完善。

“航天和航空的环境有很大不同,美国、俄罗斯等国已经做了大量实验,来验证究竟什么材料能在什么情况下使用,并建立了一套规范。”中科院力学研究所研究员、“实践十号”卫星项目科学应用系统总设计师康琦告诉《中国科学报》记者,燃烧实验的设立,就是要观察微重力条件下燃烧的规律,并与重力条件下的燃烧进行对比,从而推动中国建立自己的航天防火规范。

小小老鼠,穿梭太空

“人类想在宇宙空间中长期生存,对宇宙空间进行开发,就需要研究解决一系列空间生命课题,如失重、真空、宇宙辐射等宇宙环境因素对生命过程的影响。”中科院动物研究所研究员、“实践十号”卫星科学应用系统主任设计师赵勇说。

空间微重力环境为研究地球生物演化的作用及其规律这一重大基础科学问题创造了条件。而另一方面,认识空间微重力环境对生命体生理稳态的影响规律及其机理,是未来载人航天发展必须解决的一个核心科学问题。

例如,“微重力条件下哺乳动物早期胚胎发育研究”实验,就是要利用返回式科学实验卫星,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。

科研人员还将首次开展微重力条件下造血与神经干细胞三维培养研究,揭示微重力下细胞三维生长的基本规律及其对自我更新、分化与功能的影响,探索解决目前干细胞非分化性增殖、高效定向分化、三维组织构建等世界性难题的新途径。

“实践十号”卫星任务联合了中科院11个研究所及国内6所高校共同参与。除国内合作外,卫星还将与欧洲空间局和日本宇宙航空研究开发机构开展合作研究,搭建中国和国际空间强国紧密合作的互通平台。

“中科院空间科学先导专项是中国首次以重大科学发现为主要目标的卫星系列计划,对科学家来说,机会十分宝贵。”“实践十号”卫星科学应用系统总指挥、中科院力学所副所长黄晨光盼望着,“实践十号”卫星能够挖掘出更多在地面上被重力所掩盖的科学秘密,同时为未来航天工程与技术的发展提供强有力的科学支撑。

《中国科学报》 (2015-08-25 第1版 要闻)

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