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實踐十號返回地球
導語：“實踐十號”衛星18日在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸，中國首顆微重力科學和空間生命科學實驗衛星任務圓滿成功。圖為交接儀式完成后，直升機吊運回收艙。
解密“實踐十號”衛星返回地球家園如何“破難題”
“實踐十號”衛星18日在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸，中國首顆微重力科學和空間生命科學實驗衛星任務圓滿成功。回首衛星“回家”旅程，遇到哪些難關，克服哪些困難?具備什么條件?擁有什么特點?記者采訪了衛星的研制方中國航天科技集團第五研究院的專家們。
難題一：衛星怎樣返回地面?
要了解這個問題，首先需要了解什么是航天器的返回軌道。
人們通常把航天器從脫離運行軌道到降落到地面這一段的飛行軌跡叫返回軌道。根據航天器在返回軌道上所受到的升力和阻力的情況采用不同方式回收，返回式航天器在返回地面的過程中，一般采用彈道式、半彈道式和滑翔式(升力式)三種軌道。
彈道式返回軌道的特點是，航天器在進入返回軌道再入大氣層的時候，只受阻力作用而不產生升力，因而下降的速度快，空氣動力過載大，落點無法調整和控制，可能產生較大的落點偏差。“實踐十號”就屬于彈道式回收，它開創了中國航天器在四子王旗彈道式回收的先河。
返回式衛星在設計的時候一般由回收艙和儀器艙兩部分組成，“實踐十號”也不例外。在結構布局上，它充分繼承了以往返回式衛星的結構特點，一眼看上去就像一個放大的“子彈頭”，內部是由四個艙段構成的儀器艙和返回艙組成，回收是指將返回艙收回來。
衛星的回收是一個極其復雜的過程，要求在設計上充分考慮如何控制返回姿態，如何可靠地對付再入大氣層時產生的極高溫等難題，特別是避免艙內溫度過高，試驗樣品受到破壞。
難題二：返回地球家園應具備什么條件?
據航天科技集團公司五院總體部返回衛星與空間安全總體研究室高振良介紹，首先，“實踐十號”的控制系統要能夠準確地調整衛星姿態，使它能夠從在軌道上飛行的姿態變成返回姿態。其次，衛星艙段必須能夠可靠分離，衛星還需自帶動力系統，確保順利脫離原運行軌道，進入返回軌道。
再次，衛星要有良好的防熱性能和隔熱性能，確保返回艙不被燒毀，并且保證返回艙內部溫度不能過高。同時，返回艙上要有良好的減速和緩沖設備，確保安全降落到地面而不被摔壞。最后，返回艙上還要裝備標位裝置，確保返回落地后能及時發出信號，以便回收人員及時識別位置和成功回收。
難題三：衛星“回家”需突破三大關鍵技術
據實踐十號衛星副總師李春華介紹，要想確保“空間實驗室”順利“回家”至少要突破三大關鍵技術。
一是衛星姿態及軌道控制技術。當衛星進入預定軌道后，星上姿態控制必須保持三軸穩定。“實踐十號”返回艙在衛星飛行204圈時升軌返回，其返回飛行時序設計主要繼承了以往返回衛星的設計成果，針對星上狀態變化、保障條件變化等進行適應性調整。
二是衛星再入防熱技術。返回艙進入大氣層后，由于速度快，艙體的頭部與大氣層進行劇烈摩擦，產生大量熱量。為確保結構和防熱設計能夠滿足回收要求，研制人員對再入過程的力、熱環境分別進行了反復計算。
三是衛星回收技術。當“實踐十號”在太空飛行12天14.5小時后，衛星開始進入“回家”旅程。回收分系統將采用“時間過載時間”的控制方式，使用時間控制器、加速度開關和回收配電器聯合工作。回收艙返回時，以“兩艙一次分離”作為返回零時間，由時間控制器依次按發出“起旋火箭點火、制動火箭點火、消旋火箭點火、制動艙解鎖、加速度開關加電”等一系列指令。
難題四：“回家”地點怎么選擇?
衛星成功返回，回收著陸區域選擇非常重要。上世紀70年代，中國返回式衛星落區則選擇在四川遂寧。而此次“實踐十號”回收場則選在了內蒙古四子王旗，這是經過精心挑選的。
據實踐十號衛星總指揮邱家穩介紹，一是經過幾十年的發展，特別是改革開放以來，中國發生了天翻地覆的變化，腹地四川中部的山區發生了變化，人員密度增大，新建房屋林立，衛星在此回收將給老百姓的人身和財產安全帶來很大的威脅。二是那里山丘密林、江河峽谷，將給衛星尋找帶來困難。針對這種情況，利用中國在內蒙古中部地區建成并回收多艘神舟飛船的載人航天回收場，進行實踐十號回收是一個理想的選擇。
我國首顆微重力科學實驗衛星實踐十號在順利完成12天太空飛行后，于4月18日16時30分在內蒙古四子王旗的預定區域著陸。衛星回收艙著陸狀態正常，外觀良好，這標志著搜索回收任務順利完成。
實踐十號是中科院空間科學先導專項首批科學實驗衛星中唯一的返回式衛星，也是單次開展微重力科學和空間生命科學實驗項目最多的衛星，共開展了19項實驗。
實踐十號是4月6日1時38分在酒泉發射升空的。在軌飛行期間，由西安衛星測控中心對其進行不間斷測控管理，確保其運行穩定、星地鏈路通暢、飛行控制準確高效、各項科學實驗按計劃實施。經過精準的軌道控制，使其瞄準預定著陸區域返回。
16時15分，衛星回收艙與留軌艙分離。回收艙返回地面后，留軌艙還將在軌運行，待完成后續實驗項目后，墜入大氣層燒毀。
據介紹，搭載回收艙返回地球的科學樣品涉及11項空間科學實驗，其中2項為微重力科學實驗，剩余9項為空間生命科學實驗，涉及微重力流體物理、空間材料科學、空間輻射生物學效應、重力生物學效應、空間生物技術等領域。搜索及回收任務完成后，11臺科學實驗載荷及樣品正式交付科學應用系統。生物類樣品進行了現場處置，其中6個項目的樣品當晚返京，將及時送往實驗室處理。
衛星在軌12天期間，19項科學實驗有序開展，衛星遙測、實驗載荷數據傳輸完整。初步分析，實驗進展順利，總體達到要求，取得了預期的實驗結果。其中，哺乳動物早期胚胎發育研究還首次在太空中實現小鼠的胚胎發育，并在地球上第一次看到了小鼠胚胎在太空發育的照片。
據了解，回收艙返回后，衛星的留軌艙繼續在軌工作，完成包括煤燃燒實驗在內的8個實驗項目。專家指出，衛星留軌讓科學家有機會開展危險性、拓展性的科學實驗，對前期在軌段實驗做有益補充。這期間的科學實驗結果仍將通過衛星原來的遙測、數傳發射機下傳。
實踐十號是我國成功發射回收的第24顆返回式衛星。以前發射的返回式衛星大多是遙感等應用衛星。實踐十號作為我國第一顆微重力科學實驗衛星，其實驗的苛刻要求對衛星平臺提出巨大挑戰，比如，諸多實驗的展開讓天地遙操作系統更加復雜，對回收艙的散熱提出更高要求。因而設計人員在熱控、微重力、供電能力、回收保溫等方面進行了全面升級。可以說，實踐十號是創造性地邁出空間科學實驗步伐的一顆“新星”。
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