實踐十號科學衛(wèi)星
4月6日凌晨，我國首顆微重力科學實驗衛(wèi)星——實踐十號返回式科學實驗衛(wèi)星（簡稱實踐十號）發(fā)射升空。這顆專為科學設計的衛(wèi)星搭載了19位“乘客”開展空間科學實驗。這些“乘客”有哪些研究價值，對我國空間科學有什么意義？
有關家蠶、水稻等研究將來都可能有很大的應用前景
在實踐十號上進行科學實驗，主要是利用其在太空飛行時營造的微重力（失重）環(huán)境。地球上發(fā)生的許多物理現(xiàn)象，都有重力的原因，消除重力因素，就可能觀察到地球上不可能出現(xiàn)的獨特現(xiàn)象，揭示被重力掩蓋的秘密。實踐十號發(fā)射升空，相當于在太空微重力環(huán)境下主動搭建了一個“移動實驗室”。
實踐十號總設計壽命為15天，搭載了19個科學實驗載荷。這19名“乘客”中，微重力科學實驗項目10項，空間生命科學實驗項目9項。實踐十號為返回式衛(wèi)星，有留軌艙和回收艙，其中8項流體物理和燃燒實驗放在留軌艙內(nèi)進行，可看成是“單程票乘客”；其余11項科學實驗將在回收艙進行，他們手握“往返票”，這些實驗載荷及實驗樣品日后將重返地球。
實踐十號工程項目首席科學家胡文瑞院士表示，19項科學實驗任務是從200多項申請中精心挑選出來的，全部實驗項目均為微重力科學和空間生命科學前沿課題，其中多項科學實驗是在國際上首次開展?！懊恳豁椂际侨绿剿?，具有很強的科學研究價值”。
比如，導線絕緣層和典型非金屬材料這兩個微重力燃燒實驗，是針對載人航天器的防火問題而設計的。由于缺乏微重力條件下完善的防火規(guī)范，我國以往主要借鑒地面或航空的防火規(guī)范。
“微重力環(huán)境比地面更容易著火，而且著火點不易發(fā)現(xiàn)，很難撲滅。那么，哪些材料能用，哪些材料不能用？如何發(fā)現(xiàn)火情？怎么滅火？這一系列問題都要靠太空實驗去解決。這兩項實驗就是要觀察微重力條件下材料著火、燃燒以及煙氣析出的規(guī)律，并對比重力條件下的燃燒規(guī)律，為建立我國自己完整的航天防火規(guī)范服務。這將對未來我國空間站的防火問題起到重要作用。”胡文瑞說。
又如，晶體生長和材料制備在現(xiàn)代通信、電子產(chǎn)業(yè)中占據(jù)很重要的地位，在微重力環(huán)境下開展晶體生長研究，可排除浮力對流和重力沉淀效應的干擾。實踐十號衛(wèi)星科學應用系統(tǒng)總設計師康琦說，研究微重力環(huán)境下晶體生長和凝固過程，有助于理解材料從熔體中形成的界面動力學，為改善地面晶體生長工藝奠定基礎。通過微重力環(huán)境抑制溶質(zhì)浮力對流，從而獲得地面重力場中難以生長的高質(zhì)量材料。
19項科學實驗任務看上去“高冷”，其實很多離生活并不遠。以“微重力下煤燃燒及其污染物生成特性研究”為例，煤是我國的主要能源，高效燃燒、降低污染排放對我國具有特殊意義。煤燃燒的模型化研究需要準確的物性參數(shù)，然而由于受到地上重力及浮力對流的影響，有些物性參數(shù)的準確測量幾乎不可能。因此，有效建立各種模型以及模型推演，認識煤燃燒機理對提高煤燃燒效率非常重要。在微重力環(huán)境下，觀察煤炭燃燒和污染物生成的基本規(guī)律，有望獲得一些地面無法得到的基礎數(shù)據(jù)，發(fā)展更完善的煤燃燒理論和模型，幫助我國更好地綠色利用煤炭資源。
康琦表示，研究中有關家蠶、水稻以及涉及生命科學探索的研究，將來都可能有很大的應用前景，不僅能轉(zhuǎn)化為可觀的經(jīng)濟效益，也將促進社會發(fā)展。
彌補我國空間科學“只見技術、不見科學”的短板
和很多衛(wèi)星不同，實踐十號專為科學設計，是目前單次開展微重力科學和空間生命科學實驗項目最多的衛(wèi)星。
胡文瑞說，“只見技術、不見科學”，是我國空間科學的短板。他認為，空間利用包括空間科學、空間應用和空間技術三個方面。這三方面是不可替代的，但長期以來我們的空間利用側(cè)重空間技術和空間應用，對空間基礎科學的重視不足。
據(jù)統(tǒng)計，國際上共有5000多項空間科學實驗項目，我國只占極少一部分。我國的空間科學研究依賴對他國公開數(shù)據(jù)的二次分析，在科學研究領域的投入也與美國國家航空航天局、歐洲空間局等有不小差距。
中科院國家空間科學中心主任、 空間科學衛(wèi)星工程常務副總指揮吳季說，我國之前發(fā)射的衛(wèi)星基本用在災害預報、通信廣播等技術應用領域。要成為航天強國，還需要在科學研究上取得突破進展。支持基礎研究，雖然可能暫時看不到應用，但會對未來發(fā)展產(chǎn)生很大影響?！拔覈殉蔀楹教齑髧?，要向航天強國轉(zhuǎn)變，就不能沒有空間科學衛(wèi)星。要想實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，就必須要有原始創(chuàng)新能力?！?/p>
2011年1月，作為中國科學院首批啟動的A類戰(zhàn)略性先導科技專項“空間科學先導專項”正式立項，這是我國首次以重大科學發(fā)現(xiàn)為主要目標的系列科學衛(wèi)星計劃。實踐十號是首批立項4顆科學衛(wèi)星之一，其他3顆為暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星、硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星和量子科學實驗衛(wèi)星。
2015年12月18日，我國首顆暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星——“悟空”成功發(fā)射。它能通過探測宇宙中高能粒子的方向、能量以及電荷大小來間接尋找和研究暗物質(zhì)粒子，有助于了解宇宙起源。
將于2016年下半年擇機發(fā)射的硬X射線調(diào)制望遠鏡衛(wèi)星，主要用于發(fā)現(xiàn)和研究黑洞的性質(zhì)及極端條件下的物理規(guī)律，通過觀測黑洞、中子星、活動星系等高能天體，分析其光變和能譜性質(zhì)，研究致密天體和黑洞強引力中物質(zhì)的動力學和高能輻射過程。
計劃在今年7月發(fā)射的量子科學實驗衛(wèi)星，則有望在空間量子通信實用化方面取得重大突破。胡文瑞說，中科院空間科學先導專項有望為我國空間科學研究開個好頭。
返回式科學衛(wèi)星有空間站無法取代的優(yōu)勢
我國是繼美國、俄羅斯之外第三個掌握返回式衛(wèi)星技術的國家。航天科技集團第五研究院實踐十號工程總師唐伯昶說，返回式衛(wèi)星是開創(chuàng)我國航天遙感事業(yè)的功勛。在空間信息技術還不太發(fā)達的時候，需采取“相機上天拍照、返回獲取資料”的方式。但隨著我國在天地間建起“信息高速路”，返回式衛(wèi)星發(fā)展日漸式微，上次發(fā)射是2006年時的實踐八號。
有人質(zhì)疑：我國計劃在2020年前后建成載人空間站，空間站也可以做微重力實驗，為什么還要發(fā)射實踐十號這樣的科學衛(wèi)星？
胡文瑞說，空間站和科學實驗衛(wèi)星各有所長，在空間科學實驗上互為補充?！按饲霸谧鰧嶒灧桨笗r，就曾與載人航天工程研究人員溝通過，盡力避免重復實驗?？臻g站具備實驗時間長，有人參與等優(yōu)勢，但相比載人空間站，返回式科學衛(wèi)星也有空間站無法取代的優(yōu)勢?！?/p>
胡文瑞解釋，首先返回式科學衛(wèi)星有理想的微重力環(huán)境。載人空間站首要目標是航天員的健康和安全，且有人員活動或機械運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的干擾，微重力環(huán)境可能達不到要求。此外，衛(wèi)星機動性更強。此次發(fā)射前8小時，最后一位“乘客”姍姍來遲，為的是最大限度排除地球重力的影響。最后，雙艙實驗環(huán)境，也可以讓一些比較危險的實驗分開做。所有這些，是在空間站里做不到的。
胡文瑞還表示，返回式衛(wèi)星開展空間科學實驗風險小、成本低、一次飛行可提供較多的實驗，特別有利于開展國際合作。據(jù)介紹，實踐十號衛(wèi)星也是一項開放的衛(wèi)星任務，科學實驗的提出和參與單位包括中科院11個研究所和6所高校，并與歐洲空間局開展緊密的國際空間合作。
其中，“微重力條件下石油組分熱擴散特性的研究和Soret系數(shù)的測量”就是聯(lián)合歐洲空間局和加拿大石油公司，對原油的Soret系數(shù)進行測量，力求深化對多組分流體在高壓以及有溫度梯度下流體成分的分布認識，提供對油田中原油分布更準確的理論預測，從而降低油田開采的成本。
吳季表示，除實踐十號等4個已經(jīng)啟動的衛(wèi)星項目外，空間科學先導專項還遴選并支持了8個背景型號項目，為未來5到10年空間科學衛(wèi)星做好準備。其中，中歐聯(lián)合空間科學衛(wèi)星任務“太陽風—磁層相互作用全景成像衛(wèi)星計劃”、全球水循環(huán)觀測衛(wèi)星等已開展科學目標凝練、探測方案優(yōu)化和關鍵技術攻關等工作，并經(jīng)過了國際論證。
