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【科学时报】专访空间环境部主任王世金:中科院护航天宫一号
2011-10-08 | 【     】【打印】【关闭

来源:《科学时报》(2011-10-01 A1 要闻)

“我们这次在天宫一号上安放了两个探测器:多向粒子辐射探测器和轨道大气综合探测器。”搭载在天宫一号上的两个空间环境探测重要有效载荷,让中科院澳门金莎娱乐场空间环境部主任王世金感到十分自豪。

在接受《科学时报》采访时,王世金说,与神四和神五上的同类载荷相比,这两套设备均已进入第三代,在技术和功能上都有显著提高,处于世界领先水平。

安全防护的“盾牌”

“相比过去航天器上的同类产品,这次的多向粒子辐射探测器做得很小,只有2.5公斤,可以测量电子、质子能谱,能覆盖16个方向,还可以测量重离子的效应。”王世金介绍,这也是目前世界上最先进的同类仪器。

在过去的神四和神五上也曾开展过高能粒子的探测工作,不过那时候“质子和电子各用了一台仪器,两台加起来接近7公斤”。

王世金介绍说,之所以要探测空间粒子,是因为在天宫一号运行轨道上,一些地区会有较多粒子分布,“空间中的粒子有的穿透能力很强,会对航天器和未来对接之后宇航员出舱产生影响”。

“一些穿透能力很强的粒子甚至可以打进航天器内部。多向粒子辐射探测器要测量的就是可以打进航天器内部的这些粒子。”王世金解释说。

此外,这项探测获得的数据对粒子的捕获、扩散、传输、加速等机制的研究,有重要意义。而且,这项探测还为空间环境预报提供了重要的参考和验证数据。

在多向粒子辐射探测器上,装载了16个粒子方向传感器、由7个传感器组成的2组粒子能谱望远镜和1个重离子辐射剂量传感器,功能相当完善。

“跟我们同样的仪器,国际上还没有。这次测量也是国际首次,拿到数据的话,就能相对明确轨道上粒子分布的情况。”王世金说。与之前很重且功能不全的产品相比,“进步是相当大的”。

为轨道调整提供数据

轨道大气综合探测器的主要作用是测量轨道大气的密度和成分。大气密度对航天器会产生阻力作用,被称为“拖曳效应”,也就是说,即使很稀薄的大气阻力,都会造成航天器高度下降。

王世金说:“我们要测量这个密度,看每天发生什么变化。”

尽管天宫一号飞行轨道的大气密度已经很低,但仍会对其轨道高度产生影响。

“正常情况下,一般飞行器的轨道变化高度在一两米左右,但在空间环境扰动大时,随着大气密度的变化,轨道高度会发生几百米甚至公里级的变化。”王世金说,扰动时如果没有实时的大气密度监测,就无法对航天器的轨道进行精确预报和提前调整。

例如,早期美国的一个空间实验室,正是因为轨道大气预报得不好,在运行几年后,提前陨落了。“原因就是大气密度的评估和轨道调整的策略出了问题。”

王世金说:“一方面,北京指控中心可以利用探测数据进行轨道计算,包括返回轨道的计算,也可以用这些数据作修正。另一方面,这些数据积累起来,可用于轨道环境的模型构建或修正,进行长期的空间环境研究。”

轨道大气综合探测器的另一个功能是探测大气成分,包括氧、水汽、二氧化碳和天宫一号发动机排出的氨类气体等。

“最早是在神三、神四、神五上放了大气密度和大气成分两台仪器,加起来接近8公斤。”王世金介绍,如今搭载在天宫一号上的轨道大气综合探测器,只有2.5公斤,但包括了探测大气密度、大气成分、大气污染三个功能,技术进步非常明显。

打开一个新领域

“顺利开机后获得第一批数据,应该在105日左右。”王世金说。

据了解,这两台有效载荷的研发,几乎与天宫一号的任务同步展开,前后经历了几年时间。

“空间环境是一个新兴学科,可以做的内容很多。尤其是随着人类进入太空以后,打开了一个新的领域,对空间环境也提出了一系列新的要求。”王世金十分看好这一领域。

我国载人航天从神舟一号到神舟六号,一共安排了80余项澳门金莎试验的任务。在载人航天第二步,神舟七号做了伴飞小卫星试验和空间润滑材料暴露试验。到了未来第三步,即空间站阶段,还将有更多的地球科学、空间天文、微重力流体物理以及空间应用新技术试验等科学实验在太空中进行。

王世金说,未来我国载人空间站建成,将会进行更多的空间地球科学及应用、空间生命科学与生物技术、空间材料科学、微重力基础物理、空间物理与空间环境、空间天文和空间新技术试验等多个领域的应用研究。

原文链接:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2011/10/249422.shtm

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