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【中国青年报】以科学之名,去太空做实验
2016-04-12 | 【     】【打印】【关闭

来源:中国青年报 4月12日 第11版     记者:邱晨辉

  

实践十号卫星在轨模拟图   澳门金莎-娱乐场手机版网站app官网供图

 

实践十号卫星在轨模拟图   澳门金莎-娱乐场手机版网站app官网供图

  作为我国第一颗微重力科学实验卫星,实践十号注定是与众不同的。距离4月6日凌晨发射只有不到8小时的时间,实践十号最后一个有效载荷才安装到位,无论在在国内还是国际卫星发射史上,这都是十分罕见的。

  这与实践十号的使命不无关系。用实践十号首席科学家、中国科学院力学所胡文瑞院士的话说,实践十号是一颗“专为科学而生的”卫星,对待这颗卫星,“一切以科学实验为先”。

  最后上星的载荷,是一项涉及生命科学实验的胚胎培养箱,箱子里的生物样本,一旦“激活”,需要最大限度地缩短在地面停留的时间,以减少地球重力的影响,因此,科学家选择在最后关头,将它装上卫星。

  所有“乘客”登舱后,卫星可以起飞了。此前,我国做这方面的实验,只能“搭顺风车”,挤进其他用途的卫星;如今飞走的,则是一颗中国人专门为微重力科学和空间生命科学研究而研制的卫星。这次发射,也被认为是我国澳门金莎进入稳步持续发展阶段的一个标志。

  为何非要到太空去做实验

  为什么非要到太空去,有这个必要吗?一个略显简单的回答是,因为,只有在那里,才能获得持续的微重力环境。这也是实践十号另一个名字的由来——微重力科学实验卫星。

  微重力,即某种意义上的“失重”。在一个空间中,当微重力水平达到了10^-3g或10^-4g(g为地球重力加速度,记者注),就处于“失重”状态。相比于重力环境,失重是一种极端物理条件——极端,给人类探索未知带来了更多可能。

  用胡文瑞的话说,极端物理条件必然意味着重大突破,微重力涉及许多物理学重大问题。

  事实上,地面也能“制造”失重。位于北京国家微重力实验室的百米微重力实验落塔,就是其中一个“制造者”,遗憾的是,高度百米的落塔只能够给科学家提供短短3.5秒的微重力时间。要获得更长的微重力时间,还是要到太空去。

  这就带来了另一个问题,我国将在2020年前后组建载人空间站,为何还要专门发射一颗卫星来开展微重力实验?胡文瑞说,实践十号能为科学实验提供一个比载人空间站更好的环境。

  一个最显著的特点,实践十号能提供比空间站更优的“微重力”环境。胡文瑞说,实践十号的微重力水平,是地球表面重力的10^-4g,而太空站上仅为地球重力的10^-3g。

  尽管载人空间站有实验时间长、有人参与等优势,但其残余重力、机械动力和人的活动干扰可能给实验结果带来影响。毕竟,空间站要首先保证航天员的健康和安全。

  实践十号整体为柱锥组合体形状,高约5.2米,直径超过2米,尽管它是一颗中等尺寸大小的卫星,但比起空间站有较高的机动性。比如,可根据科学实验的要求,直到发射前几个小时才将实验设备安装就位,尽可能缩短实验样品的射前安装时间,尤其是生物实验样品在常规重力环境下的生长发育时间。

  “微重力实验也并不是在天上待的时间越长越好,实验完成之后,对结果的细致分析必须在地面上进行。”实践十号卫星科学应用系统总设计师、中科院力学所研究员康琦说,返回式卫星可以及时将样品送回到地面,这样的灵活机动性是空间站不具备的一大优势。

  在太空可以“实践”人类繁衍吗

  从实践十号总体负责单位澳门金莎-娱乐场手机版网站app官网对外公布的实验项目来看,这颗卫星一共搭载了19个科学实验载荷,涉及28项科学实验,被人戏称为19个“乘客”。

  这是人类迄今为止,单次空间微重力和生命科学实验项目及种类最多的卫星任务。胡文瑞说,这19个科学实验,是从200多项申请中,按照创新性、可行性、必要性等科学标准“精挑细选”而来,涵盖微重力流体物理、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6大领域。

  这些看似枯燥的专业术语,却有可能改变人类未来生活和国民经济样貌。而这个未来的“期限”,也许就是几年时间。

  以其中的燃烧实验为例,导线绝缘层和典型非金属材料这两个微重力燃烧实验,就是针对载人航天器当前最为“焦虑”的防火问题而设计。

  内部起火是卫星、飞船、载人航天器等面临的最大威胁之一,美国阿波罗13号飞船、俄罗斯的和平号空间站都有过惨痛教训。

  美国前不久发射的“天鹅座”货运飞船,也将进行太空微重力燃烧实验。对我国来说,此前,由于缺乏微重力条件下完善的防火规范,主要借鉴地面或航空的防火规范。

  实践十号所搭载的两项燃烧实验,正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。胡文瑞说,这将对未来我国空间站的防火问题起到重要作用。

  更值得一提的是,实践十号所搭载的生物实验,其中诸如体态轻盈的果蝇、上千只蚕卵等生物实验样本,虽然小,却有望为人类一些重大的终极命题的解开而开山辟路——

  随着人类走向太空,未来,哺乳动物能在太空正常繁衍吗?

  以实践十号搭载的小鼠早期胚胎为例,科学家希望以小鼠胚胎为研究对象,培养并显微实时跟踪观察,看它在微重力环境中能否和在地球上一样正常发育。这有可能为保障人类太空活动中生殖发育健康提供科学依据。

  此外,人类要想在宇宙空间中长期生存,就需要研究解决一系列空间生命课题,如失重、真空、宇宙辐射、高温或低温等宇宙环境因素对生命过程的影响。实践十号所搭载的微重力条件下造血与神经干细胞三维培养研究,则是冲着这一问题来的。这一实验是国际上首次开展。

  “我们绝不会重复别人的实验。”胡文瑞说,这19项实验,都是全新探索,有望获取具有国际先进水平的、具有自主知识产权的重大科技成果。

  为什么打上去还要返回来

  和人们所熟知的气象、通信等应用卫星不同,作为一颗科学实验卫星,实践十号只有15天的寿命,并分为留轨舱和回收舱两部分。

  如果一切顺利的话,实践十号在轨飞行若干天后,其返回舱将返回地球,而留轨舱将继续在轨工作3到5天。届时,其全部9项空间生命科学实验和2项微重力科学实验将在返回舱内完成,科学家可取出实验样品分析。与此同时,留轨舱还将继续完成8项流体物理和燃烧实验。

  康琦说,实践十号上的一些生命科学实验,有的在地面上就已经开始了,其他实验在卫星入轨后两小时开始进行,留轨舱的实验,采用“串联”方式轮流进行,而回收舱的实验,则以“并联”方式同时进行,经过地面模拟飞行实验,确保它们不会相互干扰。

  有返回,有留轨,这也是实践十号的一大特点。事实上,我国已有10年时间,未曾发射过返回式卫星。实践十号工程总设计师、航天科技集团五院研究员唐伯昶说,“我们为它量身定制了许多新功能,既要保证实现科学目标,又要守护它平安返家。”

  澳门金莎-娱乐场手机版网站app官网对外披露,实践十号飞行期间,科研人员可在卫星科学应用系统任务运行中心通过卫星下传视频、图片看到各项实验的整个过程,通过获得的数据开展研究。返回舱回到地球后会很快开启,回收的实验装置会被送到各研究单位进行研究。

  该中心主任吴季表示,作为一个航天大国,我们在空间技术以及空间应用方面做出了让世人瞩目的成绩,但是从航天大国转变成一个航天强国的时候,澳门金莎领域是我们的一个短板,“如果要弥补这一短板,必须转变重技术、轻科学的做法。”

  在他看来,此次实践十号作为一颗科学实验卫星的发射,是一个进步。

  若干天后,实践十号返回舱,将会在内蒙古四子王旗“回家”。吴季说,不管是发射还是返回,对于中国澳门金莎研究都是一个新的开始,而在其后不久,随着量子科学实验卫星和硬X射线调制望远镜卫星的发射,我国澳门金莎将迈上一个新的台阶。

   

   

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