——實(shí)踐十號衛(wèi)星回收艙回收過程全紀(jì)實(shí)
4月的四子王旗草原初露春意，大風(fēng)過境，大地被夕陽染得金黃?；丶伊?。我國第一顆微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星——實(shí)踐十號衛(wèi)星回收艙在經(jīng)過204圈的在軌飛行后，終于要在這里回家了。
從4月6日凌晨實(shí)踐十號升空到4月18日回收艙重返地球，負(fù)責(zé)衛(wèi)星抓總研制的中國航天科技集團(tuán)公司五院的試驗(yàn)隊(duì)員們，已經(jīng)在這里守候了10余天。
這次實(shí)踐十號回收艙回家，意味著我國返回式衛(wèi)星和四子王旗一樣，將迎來它的又一個(gè)春天。
回收艙著陸 （劉欣/攝）
返回式衛(wèi)星首次在草原“回家”
4月18日，在實(shí)踐十號回收艙著陸50分鐘前，四子王旗回收場，4架搜索直升機(jī)呼嘯而起，如雄鷹般刺破天空，前往回收區(qū)四角布陣。
迄今為止，我國共發(fā)射了25顆返回式衛(wèi)星。前24顆回收艙的落點(diǎn)都選在了四川山區(qū)。在內(nèi)蒙古大草原著陸，實(shí)踐十號回收艙尚屬首例。
中國航天科技集團(tuán)公司五院實(shí)踐十號衛(wèi)星總指揮邱家穩(wěn)說，四川山區(qū)會給尋找回收艙帶來困難，過去之所以將著陸區(qū)選擇在那里，是因?yàn)槟抢锏娜丝诤统擎?zhèn)相對較少。近年來這個(gè)地區(qū)人員密度增大、城鎮(zhèn)化速度加快，已不適合在此開展回收工作，因此，實(shí)踐十號回收著陸區(qū)選擇了具有比較成熟回收條件的四子王旗。
實(shí)踐十號衛(wèi)星攜帶的既有返回載荷，也有留軌載荷?；厥张摰幕丶衣肥菑暮土糗壟摲蛛x開始的。走完這段路，它大約需要15分鐘。
16點(diǎn)15分，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)開始顯示，實(shí)踐十號回收艙進(jìn)入返回軌道、過載開關(guān)啟動、減速傘打開、主降落傘打開……在回家路上，實(shí)踐十號回收艙非常流暢地完成著“規(guī)定動作”。
事實(shí)上，實(shí)踐十號回收艙是否能安全回家，早在其回家道路規(guī)劃時(shí)就已經(jīng)注定。用邱家穩(wěn)的話說，“道路決定成敗”。
這是一條彈道式返回軌道。邱家穩(wěn)表示，實(shí)踐十號衛(wèi)星在距離地面252公里的近地軌道進(jìn)行回收，這種回收方式最為簡單可靠，性價(jià)比最高。
彈道式返回存在一些弱點(diǎn)，比如，航天器在進(jìn)入返回軌道后通過大氣層時(shí)，只受阻力作用而不產(chǎn)生升力，下降速度快，空氣動力過載大，落點(diǎn)無法調(diào)整和控制，可能與設(shè)計(jì)返回軌道時(shí)的理論落點(diǎn)產(chǎn)生偏差。不過邱家穩(wěn)給出了“定心丸”——研制人員已將實(shí)踐十號回收艙和留軌艙的分離參數(shù)設(shè)計(jì)得十分精準(zhǔn)。
直升機(jī)在空中盤旋，機(jī)載信標(biāo)天線不斷發(fā)出信號，尋找衛(wèi)星回收艙上信標(biāo)機(jī)傳出的特殊波段頻率。直升機(jī)的電臺不斷發(fā)出“嗞嗞”響聲。搜索人員屏息凝神，操作預(yù)備，靜待目標(biāo)出現(xiàn)。
“各號注意，回收艙彈傘艙蓋，搜索開始。”“收到信標(biāo)信號，定向穩(wěn)定?！薄爸鄙龣C(jī)目視回收艙乘傘下降”……電臺不斷傳出指令。
16點(diǎn)25分左右，回收艙出現(xiàn)在人們視野里，它撐著120平方米紅白相間的降落傘踏云而歸。16點(diǎn)30分，它以每秒鐘13米的速度平穩(wěn)著陸內(nèi)蒙古大草原，為大地獻(xiàn)上“第一個(gè)吻”。
工作人員快速處置回收艙 （宿東/攝）
精心護(hù)航鋪就回家“坦途”
搜索直升機(jī)陸續(xù)抵達(dá)回收艙著陸點(diǎn)，向著落點(diǎn)“俯沖”落地。負(fù)責(zé)回收艙狀態(tài)檢查和降落傘處置的五院試驗(yàn)隊(duì)員劉欣、賈華明快速跳下直升機(jī)，迎著揚(yáng)沙快速向已經(jīng)被大氣層灼燒過的回收艙跑去。
試驗(yàn)隊(duì)員們要盡全力快速切斷降落傘、檢查載荷狀態(tài)、切斷星上電源。載荷中的生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣本對于回收艙內(nèi)部環(huán)境的要求非?？量蹋艚o試驗(yàn)隊(duì)員們只有3個(gè)小時(shí)的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間。
在現(xiàn)場莊重而緊張的氣氛中，所有操作一氣呵成。之后，直升機(jī)非常麻利地吊起回收艙，迎著夕陽，向交付現(xiàn)場轉(zhuǎn)運(yùn)。
實(shí)踐十號回收艙從開始回家到著陸，看似順利，但這條回家的路真的平坦嗎？當(dāng)然不是。
返回式衛(wèi)星回收技術(shù)的復(fù)雜性之高在行業(yè)內(nèi)是公認(rèn)的。五院實(shí)踐十號衛(wèi)星總設(shè)計(jì)師趙會光說，雖然“實(shí)踐十號是站在巨人的肩膀上眺望遠(yuǎn)方”，但仍然要突破一系列技術(shù)障礙。
“衛(wèi)星控制系統(tǒng)要準(zhǔn)確地調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)，留軌艙和回收艙要進(jìn)行有效分離，回收艙要具備良好的防熱、隔熱性能，還要配置良好的減速和緩沖設(shè)備?！壁w會光說，研制者們?yōu)閷?shí)踐十號安裝了很多新設(shè)備和新系統(tǒng)，讓這顆衛(wèi)星變得渾身是寶。
事實(shí)上，這些新突破從實(shí)踐十號踏上歸途的那一刻就已經(jīng)開始發(fā)揮作用了。
回收艙在衛(wèi)星飛行204圈時(shí)升軌返回。衛(wèi)星配置了多個(gè)陀螺，在變軌過程中，這些陀螺的“健康狀況”對于姿態(tài)安全具有關(guān)鍵作用。同時(shí)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自主對陀螺進(jìn)行簡化快速診斷的功能，一旦發(fā)現(xiàn)陀螺故障即可自主進(jìn)行一次切換，保證衛(wèi)星定姿正常。
五院實(shí)踐十號副總設(shè)計(jì)師李春華介紹，為了控制回收艙返回大氣層時(shí)產(chǎn)生的高達(dá)上千度的熱量，研制者們對回收艙熱控系統(tǒng)進(jìn)行了“精心布局”，同時(shí)為艙體制備了耐熱的特殊材料，能把大量的熱量迅速帶走，確?；厥张搩?nèi)溫度正常。
航天器返回過程中常見的“黑障”階段是無法受到監(jiān)控的，在那幾分鐘里，科學(xué)家們只能焦急地等待。研制者們?yōu)閷?shí)踐十號安裝了脈沖雷達(dá)應(yīng)答機(jī)，保障回收艙在穿出“黑障”后信號盡可能快地被搜索到，也大大提高了衛(wèi)星落地時(shí)的測量精度。
針對回收時(shí)各種“意外情況”，研制人員還制定了非正常處置預(yù)案，確保各種模式下都能順利回收。“漫漫回收路，一步一突破?！蔽逶簩?shí)踐十號衛(wèi)星回收艙回收試驗(yàn)隊(duì)隊(duì)長劉慶華說，回收艙返回過程看似簡單，背后是研制者們工作的艱苦卓絕。
科研人員從回收艙里取出搭載物 （宿東/攝）
星上“乘客”舒適天地往返
據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，實(shí)踐十號衛(wèi)星返回距上一次返回式衛(wèi)星實(shí)踐八號返回已經(jīng)10年了，這顆衛(wèi)星將要實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)效果也被科學(xué)家們期待了10年。
用李春華的話說，這一次如果回收艙不能及時(shí)返回，之前從200多項(xiàng)申請中“精挑細(xì)選”來的科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將成為科學(xué)家們永久的遺憾。即使在返回過程中稍有差錯(cuò)，這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)效果也將受到極大影響。
在載荷交付現(xiàn)場，回收艙被很快開啟。經(jīng)檢查確認(rèn)，艙中所有“乘客”狀態(tài)良好。現(xiàn)場為此次返回式衛(wèi)星與空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的完美組合響起了經(jīng)久不息的掌聲。在此之后，這些實(shí)驗(yàn)裝置會被送到各研究單位進(jìn)行下一步研究。
從五院公布的數(shù)據(jù)來看，這顆衛(wèi)星一共搭載了19個(gè)實(shí)驗(yàn)載荷，涉及28項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。這是人類迄今為止，單次空間微重力實(shí)驗(yàn)和生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及種類最多的衛(wèi)星任務(wù)。而回收艙，是完成全部9項(xiàng)空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)和2項(xiàng)微重力實(shí)驗(yàn)的重要“基地”。
由于這次太空實(shí)驗(yàn)的特殊性，“乘客們”對于實(shí)踐十號熱控、微重力、供配電能力、回收保溫等要求非常高。更特別的是，空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)中涉及多種生命體，需要冷熱溫度適宜的舒適環(huán)境。
為了讓這些“乘客”時(shí)刻保持“舒適自在”，實(shí)踐十號衛(wèi)星在返回衛(wèi)星領(lǐng)域首次引入流體回路系統(tǒng)，并成功研制出我國最大的航天器熱控冷板，同時(shí)開展了多項(xiàng)專項(xiàng)分析和驗(yàn)證，為實(shí)踐十號——這座“太空實(shí)驗(yàn)室”安全、舒適地良好運(yùn)行鋪平了道路。正像實(shí)踐十號工程總師唐伯昶所說的那樣，“我們?yōu)樗可碛喼屏嗽S多新功能，既保證實(shí)現(xiàn)科學(xué)目標(biāo)，又要守護(hù)它平安回家。”
不僅如此，與以往的返回式衛(wèi)星相比，實(shí)踐十號衛(wèi)星首次將程控、遙測、遙控分系統(tǒng)的功能整合，形成了數(shù)管分系統(tǒng)。這個(gè)“大管家”始終兢兢業(yè)業(yè)地關(guān)注每個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷的不同需求。在運(yùn)行過程中，“大管家”可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求隨時(shí)給供配電、熱控等分系統(tǒng)分配任務(wù)，合理安排在軌時(shí)間，進(jìn)行天地遙操作。
值得關(guān)注的是，實(shí)踐十號衛(wèi)星作為一項(xiàng)開放的衛(wèi)星任務(wù)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)的提出和參與單位包括中科院11個(gè)研究所和6所高校，并與歐空局開展了緊密的國際空間合作。
“實(shí)踐十號衛(wèi)星開啟了返回式衛(wèi)星的‘科學(xué)新模式’。”邱家穩(wěn)說，不管是發(fā)射還是返回，對于中國空間科學(xué)研究都是一個(gè)新的開始。隨著實(shí)踐十號任務(wù)的成功，我國返回式衛(wèi)星將迎來第二個(gè)春天，未來，返回式衛(wèi)星將成為我國空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)邁上一個(gè)新臺階的“守護(hù)神”。
