作者:喻思娈 来源:人民日报 发布时间:2016/4/11 9:40:14
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人民日报:实践十号离生活并不远

 

制图:蔡华伟
 
 
4月6日凌晨,我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(简称实践十号)发射升空。这颗专为科学设计的卫星搭载了19位“乘客”开展空间科学实验。这些“乘客”有哪些研究价值,对我国空间科学有什么意义?
 
有关家蚕、水稻等研究将来都可能有很大的应用前景
 
在实践十号上进行科学实验,主要是利用其在太空飞行时营造的微重力(失重)环境。地球上发生的许多物理现象,都有重力的原因,消除重力因素,就可能观察到地球上不可能出现的独特现象,揭示被重力掩盖的秘密。实践十号发射升空,相当于在太空微重力环境下主动搭建了一个“移动实验室”。
 
实践十号总设计寿命为15天,搭载了19个科学实验载荷。这19名“乘客”中,微重力科学实验项目10项,空间生命科学实验项目9项。实践十号为返回式卫星,有留轨舱和回收舱,其中8项流体物理和燃烧实验放在留轨舱内进行,可看成是“单程票乘客”;其余11项科学实验将在回收舱进行,他们手握“往返票”,这些实验载荷及实验样品日后将重返地球。
 
实践十号工程项目首席科学家胡文瑞院士表示,19项科学实验任务是从200多项申请中精心挑选出来的,全部实验项目均为微重力科学和空间生命科学前沿课题,其中多项科学实验是在国际上首次开展。“每一项都是全新探索,具有很强的科学研究价值”。
 
比如,导线绝缘层和典型非金属材料这两个微重力燃烧实验,是针对载人航天器的防火问题而设计的。由于缺乏微重力条件下完善的防火规范,我国以往主要借鉴地面或航空的防火规范。
 
“微重力环境比地面更容易着火,而且着火点不易发现,很难扑灭。那么,哪些材料能用,哪些材料不能用?如何发现火情?怎么灭火?这一系列问题都要靠太空实验去解决。这两项实验就是要观察微重力条件下材料着火、燃烧以及烟气析出的规律,并对比重力条件下的燃烧规律,为建立我国自己完整的航天防火规范服务。这将对未来我国空间站的防火问题起到重要作用。”胡文瑞说。
 
又如,晶体生长和材料制备在现代通信、电子产业中占据很重要的地位,在微重力环境下开展晶体生长研究,可排除浮力对流和重力沉淀效应的干扰。实践十号卫星科学应用系统总设计师康琦说,研究微重力环境下晶体生长和凝固过程,有助于理解材料从熔体中形成的界面动力学,为改善地面晶体生长工艺奠定基础。通过微重力环境抑制溶质浮力对流,从而获得地面重力场中难以生长的高质量材料。
 
19项科学实验任务看上去“高冷”,其实很多离生活并不远。以“微重力下煤燃烧及其污染物生成特性研究”为例,煤是我国的主要能源,高效燃烧、降低污染排放对我国具有特殊意义。煤燃烧的模型化研究需要准确的物性参数,然而由于受到地上重力及浮力对流的影响,有些物性参数的准确测量几乎不可能。因此,有效建立各种模型以及模型推演,认识煤燃烧机理对提高煤燃烧效率非常重要。在微重力环境下,观察煤炭燃烧和污染物生成的基本规律,有望获得一些地面无法得到的基础数据,发展更完善的煤燃烧理论和模型,帮助我国更好地绿色利用煤炭资源。
 
康琦表示,研究中有关家蚕、水稻以及涉及生命科学探索的研究,将来都可能有很大的应用前景,不仅能转化为可观的经济效益,也将促进社会发展。
 
弥补我国空间科学“只见技术、不见科学”的短板
 
和很多卫星不同,实践十号专为科学设计,是目前单次开展微重力科学和空间生命科学实验项目最多的卫星。
 
胡文瑞说,“只见技术、不见科学”,是我国空间科学的短板。他认为,空间利用包括空间科学、空间应用和空间技术三个方面。这三方面是不可替代的,但长期以来我们的空间利用侧重空间技术和空间应用,对空间基础科学的重视不足。
 
据统计,国际上共有5000多项空间科学实验项目,我国只占极少一部分。我国的空间科学研究依赖对他国公开数据的二次分析,在科学研究领域的投入也与美国国家航空航天局、欧洲空间局等有不小差距。
 
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,我国之前发射的卫星基本用在灾害预报、通信广播等技术应用领域。要成为航天强国,还需要在科学研究上取得突破进展。支持基础研究,虽然可能暂时看不到应用,但会对未来发展产生很大影响。“我国已成为航天大国,要向航天强国转变,就不能没有空间科学卫星。要想实现创新驱动发展,就必须要有原始创新能力。”
 
2011年1月,作为中国科学院首批启动的A类战略性先导科技专项“空间科学先导专项”正式立项,这是我国首次以重大科学发现为主要目标的系列科学卫星计划。实践十号是首批立项4颗科学卫星之一,其他3颗为暗物质粒子探测卫星、硬X射线调制望远镜卫星和量子科学实验卫星。
 
2015年12月18日,我国首颗暗物质粒子探测卫星——“悟空”成功发射。它能通过探测宇宙中高能粒子的方向、能量以及电荷大小来间接寻找和研究暗物质粒子,有助于了解宇宙起源。
 
将于2016年下半年择机发射的硬X射线调制望远镜卫星,主要用于发现和研究黑洞的性质及极端条件下的物理规律,通过观测黑洞、中子星、活动星系等高能天体,分析其光变和能谱性质,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。
 
计划在今年7月发射的量子科学实验卫星,则有望在空间量子通信实用化方面取得重大突破。胡文瑞说,中科院空间科学先导专项有望为我国空间科学研究开个好头。
 
返回式科学卫星有空间站无法取代的优势
 
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。航天科技集团第五研究院实践十号工程总师唐伯昶说,返回式卫星是开创我国航天遥感事业的功勋。在空间信息技术还不太发达的时候,需采取“相机上天拍照、返回获取资料”的方式。但随着我国在天地间建起“信息高速路”,返回式卫星发展日渐式微,上次发射是2006年时的实践八号。
 
有人质疑:我国计划在2020年前后建成载人空间站,空间站也可以做微重力实验,为什么还要发射实践十号这样的科学卫星?
 
胡文瑞说,空间站和科学实验卫星各有所长,在空间科学实验上互为补充。“此前在做实验方案时,就曾与载人航天工程研究人员沟通过,尽力避免重复实验。空间站具备实验时间长,有人参与等优势,但相比载人空间站,返回式科学卫星也有空间站无法取代的优势。”
 
胡文瑞解释,首先返回式科学卫星有理想的微重力环境。载人空间站首要目标是航天员的健康和安全,且有人员活动或机械运转产生的干扰,微重力环境可能达不到要求。此外,卫星机动性更强。此次发射前8小时,最后一位“乘客”姗姗来迟,为的是最大限度排除地球重力的影响。最后,双舱实验环境,也可以让一些比较危险的实验分开做。所有这些,是在空间站里做不到的。
 
胡文瑞还表示,返回式卫星开展空间科学实验风险小、成本低、一次飞行可提供较多的实验,特别有利于开展国际合作。据介绍,实践十号卫星也是一项开放的卫星任务,科学实验的提出和参与单位包括中科院11个研究所和6所高校,并与欧洲空间局开展紧密的国际空间合作。
 
其中,“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”就是联合欧洲空间局和加拿大石油公司,对原油的Soret系数进行测量,力求深化对多组分流体在高压以及有温度梯度下流体成分的分布认识,提供对油田中原油分布更准确的理论预测,从而降低油田开采的成本。
 
吴季表示,除实践十号等4个已经启动的卫星项目外,空间科学先导专项还遴选并支持了8个背景型号项目,为未来5到10年空间科学卫星做好准备。其中,中欧联合空间科学卫星任务“太阳风—磁层相互作用全景成像卫星计划”、全球水循环观测卫星等已开展科学目标凝练、探测方案优化和关键技术攻关等工作,并经过了国际论证。(原标题:实践十号离生活并不远)
 

 

 
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