文/谢博 庞丹

　　实践十号将利用我国成熟的返回式卫星技术，紧密围绕有关能源、农业和健康等领域国家科技战略目标，结合航天器防火等关键技术需求，促进地面生物工程、新材料等高技术发展和生命科学等基础研究取得突破，对于推动我国空间微重力科学和空间生命科学发展具有重要意义。

组建完毕的实践十号卫星

　　实践十号是空间科学先导专项首批科学实验卫星中唯一的返回式卫星，也是单次搭载空间实验项目最多的卫星，专门用于微重力科学和空间生命科学的空间实验研究,可谓名副其实的“空间实验室”。

　　自上世纪70年代初至今，我国已研制了24颗返回式卫星，22颗成功发射并回收，在国土资源普查、地形测绘以及河流海岸检测等方面发挥了重要作用。

　　本世纪初，国家明确提出“促进我国空间微重力科学和空间生命科学发展”这一科技战略目标;2010年，实践十号被列入中国科学院空间科学先导计划，2012年12月，实践十号返回式科学实验卫星项目正式批复立项，自此，卫星研制的大幕徐徐拉开。

　　“空间实验室”的使命和价值

　　具有“空间实验室”美誉的实践十号卫星，与以往普通返回式卫星相比有什么特殊使命和价值呢?

　　据工程总师唐伯昶介绍，实践十号卫星的主要任务是“充分利用卫星留轨舱及回收舱，开展涉及微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学、空间辐射效应、重力生物效应、空间生物技术领域的多项空间科学实验”。通俗的意思就是通过这颗返回式空间科学实验卫星，在太空中搭建一个微重力空间实验室，将在地球上完成不了的一些实验项目，拿到太空微重力环境下进行科学实验。

　　零重力是一个理想状态，严格讲是不可能实现的。在太空飞行时，卫星不可避免地受到空间气体阻力以及卫星内部的物体动作产生微小的加速度，好像受到了微小重力的作用，从而影响微重力水平。太空环境与地面环境有很大的不同，地球表面为大气环境，太空为真空状态，因此，物体在太空中不受大气阻力的干扰，有利于微重力水平的提高和保持。所以说，失重和微重力是一种宝贵的资源，利用这种资源可以进行地面上难以进行的科学实验。

　　目前，不少国家的科学家们都想利用多种方式营造微重力环境开展研究，比如抛物线飞机、探空火箭、宇宙飞船、空间站等实验平台，但它们有的只能提供几分钟甚至更短的微重力环境，有的则价格昂贵，带回样品比较有限，周期也较长。这对空间生命科学等一些短周期科学实验有较大限制，要想进行时间和耗资都合适的微重力研究，返回式卫星是一个很好的选择。这种航天器运行周期短，适合开展短周期的空间科学实验。它以其系统简单可靠、成本低、应用便捷等优势，成为一种有效的空间服务手段。

　　此次实践十号搭载的19个实验项目，就是研究微重力环境中物质运动的规律、重力变化对运动规律的影响;研究空间微重力、辐射环境下生命活动和生物学过程规律，比如利用空间辐射效应，开展空间环境对家蚕的发育影响与变异;微重力植物学效应、微重力条件下造血与神经干细胞三维培养与组织构建等一系列科学研究，这也是实践十号卫星要达到的科学目标。

　　任务特点“五多一大”

　　实践十号卫星总指挥邱家稳介绍说，实践十号将利用我国成熟的返回式卫星技术，紧密围绕有关能源、农业和健康等领域国家科技战略目标，结合航天器防火等关键技术需求，促进地面生物工程、新材料等高技术发展和生命科学等基础研究取得突破，对于推动我国空间微重力科学和空间生命科学发展具有重要意义。

　　因此，为了确保科学目标的顺利实现，实践十号卫星明确制定了一个工程目标，即：研制一颗返回式空间科学实验卫星，通过卫星系统、运载火箭系统、发射场系统、测控系统、地面支撑系统和科学应用系统协调工作，完成多项科学研究空间实验任务，实现科学实验样品的回收和科学数据的下传。

　　实践十号工程系统由工程总体及卫星系统、运载火箭系统、发射场系统、测控系统、地面支撑系统以及科学应用系统等六大系统组成。其中，卫星系统由11个分系统组成，具有“五多一大”任务特点，即：科学目标多，载荷状态新;科学实验需求差别大;科学需求变化多;产品选用领域多,产品研制状态复杂;沿用/复产产品多，产品保证要求难;固有单点环节多，风险管控要求高。

实践十号卫星工程项目首席科学家、中国科学院院士胡文瑞介绍实践十号返回式科学实验卫星的总体情况

失重和微重力是一种宝贵的资源，利用这种资源可以进行地面上难以进行的科学实验

　　有一连串“第一”的头衔

　　根据任务要求，实践十号卫星在轨道设计上也进行了调整，由以往返回式卫星的椭圆轨道变为圆轨道，这一由“橄榄”变“圆环”的改变，大大提高了微重力水平，为更好地开展微重力环境下的科学实验提供了有力的支撑。

　　它首次在返回式卫星上采用流体回路系统，大幅提升载荷功耗承受能力，以满足开展异常复杂科学实验的要求。比如，卫星将原来的程控、遥测、遥控分系统的功能整合，形成了数管分系统;为了适应19项科学实验项目的数据管理要求和微重力平台能力需要，首次构建了基于数管分系统和服务支持子系统的两级构架机制，以便于更好地适应多任务、多载荷的适配要求。

　　为精准测量卫星的在轨微重力水平，实践十号首次采用了高精度、多模式工程参数测量分系统。利用这一新增的分系统，能够用数据说话，准确地告诉科学家们平台的微重力是多少，便于更好地开展空间科学实验。

　　国际领先的返回式卫星技术

　　我国是世界上第3个掌握返回式卫星技术的国家。它们分为6种型号，即返回式卫星零号、一号、二号、三号、四号和实践八号。用这些返回式卫星不仅进行了遥感、微重力实验和新技术试验以及太空育种，还为中国掌握载人飞船返回技术提供了重要借鉴。

　　不过，卫星返回是一项很复杂的技术，要在空中准确地完成一系列的高难度动作，目前仍只有少数国家掌握。要使卫星安全地返回地面，至少攻克五大难关。

　　一是调姿关：在卫星返回前，把卫星从运行轨道的姿态准确地调整为返回的姿态，并使卫星在此姿态下保持稳定运行;二是制动关：卫星上的制动火箭应按时点火，可靠工作，从而使卫星脱离原来的运行轨道，进入预定的返回轨道;三是防热关：卫星返回时不仅要保证卫星在高速返回过程中不致因与空气强烈摩擦而被烧毁，而且舱内温度要保持在仪器舱工作的最高温度以下;四是软着陆关：要有可靠的降落伞系统和回收控制系统，保证以很低的速度着陆，回收物品完好无损;五是标位及寻找关：要保证能够实时准确地预报及测量卫星的落点位置，使回收区工作人员尽快发现返回舱，并开展回收作业。

　　目前，航天工程师还在研制可重复使用的返回式卫星，目的是减少空间科学实验的成本，如果成功，前景十分广阔。此次实践十号卫星首次探索返回式卫星低成本技术和航天器产品可重复使用技术。■

　　资料来源：科普中国 卫星应用