科學(xué)家揭秘:這個太空中的"超級實驗室"到底有多牛？

新華社酒泉4月6日電 題：科學(xué)家揭秘：這個太空中的“超級實驗室”到底有多牛？

新華社記者吳晶晶、榮啟涵、余曉潔

6日1時38分，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，長征二號丁運載火箭成功將中國科學(xué)衛(wèi)星系列第二顆星——實踐十號返回式科學(xué)實驗衛(wèi)星送入太空。

實踐十號衛(wèi)星搭載著19項創(chuàng)新性的科學(xué)實驗，相當(dāng)于把一個綜合性的實驗室搬到了太空。這個實驗室有多牛？科學(xué)家們?yōu)槲覀兘颐亍?/p>

【使命：揭開被重力掩蓋的科學(xué)秘密】

對科學(xué)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(zhì)的運動規(guī)律、物理化學(xué)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(xué)突破的可能。”實踐十號衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院院士胡文瑞說。

我國是繼美國、俄羅斯之外第三個掌握返回式衛(wèi)星技術(shù)的國家，實踐十號是我國發(fā)射的第25顆返回式衛(wèi)星?！耙彩鞘最w大規(guī)模實施無人空間微重力實驗的返回式科學(xué)衛(wèi)星。”中國航天科技集團五院實踐十號衛(wèi)星工程總設(shè)計師唐伯昶說。

“從上世紀80年代后期，我國就開始利用返回式衛(wèi)星做微重力科學(xué)實驗，但都是搭載在其他用途的衛(wèi)星上。實踐十號是第一顆專門為進行微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)研究而發(fā)射的衛(wèi)星，對科學(xué)研究來說，機會十分難得。”胡文瑞說。

他說，近年來，微重力環(huán)境是各國研究的焦點領(lǐng)域。人類要走向太空，就必須研究微重力環(huán)境下物質(zhì)會發(fā)生哪些變化。而科學(xué)家們的一些理論猜想，也只有到太空微重力的環(huán)境下，才能進行實驗驗證。

“地球重力場是蓋在物質(zhì)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(zhì)。”中科院國家空間科學(xué)中心主任、空間科學(xué)衛(wèi)星工程常務(wù)副總指揮吳季說，“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(xué)秘密，力爭獲得重大科學(xué)突破?！?/p>

【優(yōu)勢：具備比空間站更好的微重力環(huán)境】

為了開展微重力研究，科學(xué)家們嘗試在地球上模擬微重力環(huán)境，比如利用幾十米、幾百米高的落塔或落井、拋物線飛機和探空火箭。

“落塔或落井微重力時間只有幾秒鐘；拋物線飛機可提供30秒低重力時間；探空火箭一般從5分鐘到十幾分鐘。它們可以做流體、燃燒等耗時短的微重力實驗，而材料生長、生物過程等需要時間較長的實驗就無法進行。”實踐十號衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師康琦說，“長時間的空間科學(xué)實驗需要利用科學(xué)衛(wèi)星、航天飛機、空間站進行，與地面微重力實驗互為補充?！?/p>

我國將在2020年前后開始空間站的建設(shè)，為什么還要發(fā)射科學(xué)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(jié)果帶來影響。實踐十號衛(wèi)星是專門為微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)而設(shè)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，而太空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，而且返回式科學(xué)衛(wèi)星在實驗完成后就可以及時回收，這是空間站做不到的；三是科學(xué)衛(wèi)星風(fēng)險小，且造價大大低于建設(shè)一個空間站。

胡文瑞說，一些其他國家發(fā)射科學(xué)衛(wèi)星是對空間站任務(wù)的補充，而我國科學(xué)衛(wèi)星上的實驗項目和未來空間站任務(wù)是完全“錯身”的，實驗內(nèi)容不會重復(fù)，具有不可替代的作用。

【突破：絕不重復(fù)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(xué)標準，經(jīng)過嚴格遴選、反復(fù)論證，涵蓋微重力流體物理、微重力燃燒、空間材料科學(xué)、空間輻射效應(yīng)、微重力生物效應(yīng)、空間生物技術(shù)6大領(lǐng)域。

“我們絕不會重復(fù)別人的實驗。”胡文瑞說，“所有實驗任務(wù)都是全新探索，每一項科學(xué)實驗均具有創(chuàng)新性，有很強的科學(xué)研究價值，有望獲取具有國際先進水平的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的重大科技成果。”

據(jù)介紹，這19項實驗都非常有特點，比如微重力下煤燃燒實驗等項目針對能源、農(nóng)業(yè)和健康等國家戰(zhàn)略目標，為解決地球上的現(xiàn)實問題提供幫助；導(dǎo)線絕緣層著火實驗等項目結(jié)合航天器防火等關(guān)鍵技術(shù)需求，為我國航天工程后續(xù)發(fā)展提供支撐；哺乳動物早期胚胎發(fā)育、造血與神經(jīng)干細胞三維培養(yǎng)等項目瞄準空間生命科學(xué)的前沿課題，對人類未來走向太空有重要意義。

胡文瑞透露，這些實驗的前期理論研究已經(jīng)發(fā)表了數(shù)十篇論文，一些專門研制的儀器設(shè)備也達到國際領(lǐng)先水平。比如為熔體材料生長實驗而研制的空間多功能材料生長爐，不僅能提供實驗所需的高溫溫場環(huán)境，而且有6個工位，能實現(xiàn)8項樣品的轉(zhuǎn)位換位、提拉生長、高溫溫度的精確控制。

【紀錄：單次實驗項目最多】

胡文瑞介紹，目前世界上只有俄羅斯和我國把返回式衛(wèi)星技術(shù)運用到科學(xué)衛(wèi)星上。實踐十號搭載了19項科學(xué)實驗任務(wù)，涉及28項科學(xué)實驗研究，是迄今為止單次空間微重力和生命科學(xué)實驗項目及種類最多的衛(wèi)星任務(wù)。

不同于俄羅斯科學(xué)衛(wèi)星是任務(wù)結(jié)束后整體返回地球，實踐十號分為留軌艙和返回艙。“19項實驗中，8項流體物理和燃燒實驗將在留軌艙進行，其他11項科學(xué)試驗將在回收艙進行?！笨电f，實踐十號設(shè)計壽命為15天，返回艙在軌飛行若干天后將返回地球，而留軌艙將繼續(xù)在軌工作3到5天。

實踐十號衛(wèi)星整體為柱錐組合體形狀，高約5.2米，直徑超過2米。19個實驗載荷分別裝在29個鋁合金箱子里，總共近600公斤。

康琦介紹說，實踐十號上的生命科學(xué)實驗其實在地面上就已經(jīng)開始了，其他實驗在衛(wèi)星入軌后兩小時開始進行。留軌艙的實驗會輪流進行，而回收艙的實驗是同時進行，經(jīng)過地面模擬飛行實驗確保它們不會相互干擾。

作為我國新一代返回式衛(wèi)星，實踐十號在衛(wèi)星技術(shù)方面也得到了較大改進，實現(xiàn)了三大飛躍：一是姿態(tài)控制采用小發(fā)動機作為推進系統(tǒng)的推力器，可以保證較好的衛(wèi)星微重力水平；二是以與國際接軌的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)替代原先的程序控制器，使得遙控指令和遙測數(shù)據(jù)的安排以及改變飛行程序的數(shù)據(jù)注入都更加靈活；三是增設(shè)流體回路的熱控分系統(tǒng)，使衛(wèi)星回收艙內(nèi)部的熱能有效排到星外，以確保生物樣品的溫度環(huán)境。

據(jù)介紹，衛(wèi)星飛行期間，科研人員可以在衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)任務(wù)運行中心通過視頻、圖片看到各項實驗的整個過程，通過獲得的數(shù)據(jù)開展研究。回收艙返回地球后會很快開啟，回收的實驗裝置會被送到各研究單位進行研究。