科學家揭秘:這個太空中的“超級實驗室”到底有多牛？

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

　　實踐十號衛星搭載著19項創新性的科學實驗，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？科學家們為我們揭秘。

　　【使命：揭開被重力掩蓋的科學秘密】

　　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”環境下，能觀察到很多地球上不可能觀測到的獨特現象。

　　“極端物理條件下，物質的運動規律、物理化學過程、生命過程等都可能會發生變化，這就意味著重大科學突破的可能。”實踐十號衛星首席科學家、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星技術的國家，實踐十號是我國發射的第25顆返回式衛星?！耙彩鞘最w大規模實施無人空間微重力實驗的返回式科學衛星?！敝袊教炜萍技瘓F五院實踐十號衛星工程總設計師唐伯昶說。

　　“從上世紀80年代后期，我國就開始利用返回式衛星做微重力科學實驗，但都是搭載在其他用途的衛星上。實踐十號是第一顆專門為進行微重力科學和空間生命科學研究而發射的衛星，對科學研究來說，機會十分難得?！焙娜鹫f。

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

　　“地球重力場是蓋在物質運動規律和生命活動規律上的面紗，不揭開就無法看到很多問題的本質。”中科院國家空間科學中心主任、空間科學衛星工程常務副總指揮吳季說，“實踐十號衛星是一個高效、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>

　　【優勢：具備比空間站更好的微重力環境】

　　為了開展微重力研究，科學家們嘗試在地球上模擬微重力環境，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?！睂嵺`十號衛星科學應用系統總設計師康琦說，“長時間的空間科學實驗需要利用科學衛星、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，為什么還要發射科學衛星呢？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。實踐十號衛星是專門為微重力科學和空間生命科學而設計的衛星，將為實驗提供更好的微重力環境和其他條件。

　　一是衛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射前8小時才裝到衛星上，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，而且返回式科學衛星在實驗完成后就可以及時回收，這是空間站做不到的；三是科學衛星風險小，且造價大大低于建設一個空間站。

　　胡文瑞說，一些其他國家發射科學衛星是對空間站任務的補充，而我國科學衛星上的實驗項目和未來空間站任務是完全“錯身”的，實驗內容不會重復，具有不可替代的作用。

　　【突破：絕不重復別人的實驗】

　　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新性，有很強的科學研究價值，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>

　　據介紹，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、農業和健康等國家戰略目標，為解決地球上的現實問題提供幫助；導線絕緣層著火實驗等項目結合航天器防火等關鍵技術需求，為我國航天工程后續發展提供支撐；哺乳動物早期胚胎發育、造血與神經干細胞三維培養等項目瞄準空間生命科學的前沿課題，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發表了數十篇論文，一些專門研制的儀器設備也達到國際領先水平。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境，而且有6個工位，能實現8項樣品的轉位換位、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星技術運用到科學衛星上。實踐十號搭載了19項科學實驗任務，涉及28項科學實驗研究，是迄今為止單次空間微重力和生命科學實驗項目及種類最多的衛星任務。

　　不同于俄羅斯科學衛星是任務結束后整體返回地球，實踐十號分為留軌艙和返回艙?！?9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項科學試驗將在回收艙進行?！笨电f，實踐十號設計壽命為15天，返回艙在軌飛行若干天后將返回地球，而留軌艙將繼續在軌工作3到5天。

　　實踐十號衛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實驗其實在地面上就已經開始了，其他實驗在衛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星，實踐十號在衛星技術方面也得到了較大改進，實現了三大飛躍：一是姿態控制采用小發動機作為推進系統的推力器，可以保證較好的衛星微重力水平；二是以與國際接軌的數據管理系統替代原先的程序控制器，使得遙控指令和遙測數據的安排以及改變飛行程序的數據注入都更加靈活；三是增設流體回路的熱控分系統，使衛星回收艙內部的熱能有效排到星外，以確保生物樣品的溫度環境。

　　據介紹，衛星飛行期間，科研人員可以在衛星科學應用系統任務運行中心通過視頻、圖片看到各項實驗的整個過程，通過獲得的數據開展研究。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。

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