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掀起微重力科学实验卫星的盖头

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  实践十号返回式科学实验卫星4月6日凌晨顺利升入太空。这是继去年12月我国发射暗物质探测卫星后又一次发射的科学卫星。其主要任务是开展空间科学实验,研究、揭示微重力条件和空间辐射条件下的物质运动规律及生命活动规律,以取得创新科技成果。

  “微重力”通俗讲就是失重。实践十号卫星工程项目首席科学家胡文瑞院士说,卫星发射到地球空间并围绕地球作周期运动时,地球引力与卫星运动时产生的惯性离心力相平衡,来自地球的重力被抵消,从而在飞行器中产生了“微重力”环境。这种太空失重的微重力环境对科学家来说是一个宝贵的研究资源。

  胡文瑞告诉记者,实践十号卫星的科学实验项目是面向国内外,从200多项申请中筛选而出,最终确定开展微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学、空间辐射效应、微重力生物效应、空间生物技术等6大领域的19个空间科学实验任务。所有科学实验均具有创新性,每一项都有很强的科学研究价值。

  实践十号卫星科学应用系统总设计师康琦认为,实践十号卫星主要有两个创新点。一是其全部科学项目均为微重力科学和空间生命前沿研究课题,其中多项科学实验在国际上是首次开展,包括哺乳动物胚胎发育研究、对颗粒团簇行为进行系统空间实验等;二是在返回式卫星上首次引入流体回路技术,解决了返回舱的热控问题,如空间材料实验设备(温度长期保持在700度附近)和生命科学实验设备(温度长期保持在36度左右)同处返回舱,温控要求高的技术难题。

  实践十号卫星采用双舱模式,分为返回舱和留轨舱。胡文瑞介绍说,返回舱以生命科学的实验为主,而留轨舱则以物理实验为主。“8项流体物理和具有一定危险的燃烧实验将在留轨舱内进行,另外11项科学实验将在返回舱进行。”

  实践十号卫星搭载的微重力科学和空间生命科学实验,既着眼于科学前沿,也服务于国家重大需求。其中,“微重力条件下煤颗粒/煤粉燃烧及其污染物生成特性研究”就对节能减排具有重要意义。煤是我国的主要能源,因此高效燃烧、降低污染排放对我国具有特殊的意义。煤燃烧的模型腾讯分分彩化研究需要准确的物性参数,然而在地面上往往受到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。有效建立各种模型以及模型推演,深刻认识煤燃烧机理是提高煤燃烧效率的重要途径。

  而导线绝缘层和典型非金属材料这两个微重力燃烧实验,则是针对载人航天器的防火问题而设计的。内部起火是卫星、飞船、载人航天器等面临的最大威胁之一,此前国际上已有过惨痛教训。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。在载人航天的有氧环境下,航天器内部一旦着火,后果不堪设想。胡文瑞说:“这两项燃烧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。”

  此外,科研人员还将首次开展微重力条件下的造血干细胞和神经干细胞三维培养研究、哺乳动物早期胚胎发育研究等,为人类疾病的有效预防以及长期空间活动的生殖发育健康和繁衍等提供科学依据,通过揭示空间微重力环境对生命体生理稳态的影响规律及其机理,为未来载人航天的发展提供必要的基础支撑。

  实践十号卫星执行的是开放的科学实验任务。在19项任务中也有与欧洲空间局开展紧密的国际空间合作。例如,“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的更准确理论预测,从而降低油田开采的成本。

  康琦认为,实践十号卫星的发射将有助于在重大基础研究和应用研究方面取得突破性进展,促进我国在空间微重力科学和空间科学上的发展。

  (原载于《科技日报》 2016-04-06 01版)