——實踐十號衛(wèi)星回收艙回收過程全紀實
4月的四子王旗草原初露春意，大風過境，大地被夕陽染得金黃?；丶伊?。我國第一顆微重力科學實驗衛(wèi)星——實踐十號衛(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日凌晨實踐十號升空到4月18日回收艙重返地球，負責衛(wèi)星抓總研制的中國航天科技集團公司五院的試驗隊員們，已經(jīng)在這里守候了10余天。
這次實踐十號回收艙回家，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顆回收艙的落點都選在了四川山區(qū)。在內(nèi)蒙古大草原著陸，實踐十號回收艙尚屬首例。
中國航天科技集團公司五院實踐十號衛(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，是因為那里的人口和城鎮(zhèn)相對較少。近年來這個地區(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。
實踐十號衛(wèi)星攜帶的既有返回載荷，也有留軌載荷。回收艙的回家路是從和留軌艙分離開始的。走完這段路，它大約需要15分鐘。
16點15分，監(jiān)控數(shù)據(jù)開始顯示，實踐十號回收艙進入返回軌道、過載開關(guān)啟動、減速傘打開、主降落傘打開……在回家路上，實踐十號回收艙非常流暢地完成著“規(guī)定動作”。
事實上，實踐十號回收艙是否能安全回家，早在其回家道路規(guī)劃時就已經(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，實踐十號衛(wèi)星在距離地面252公里的近地軌道進行回收，這種回收方式最為簡單可靠，性價比最高。
彈道式返回存在一些弱點，比如，航天器在進入返回軌道后通過大氣層時，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，落點無法調(diào)整和控制，可能與設計返回軌道時的理論落點產(chǎn)生偏差。不過邱家穩(wěn)給出了“定心丸”——研制人員已將實踐十號回收艙和留軌艙的分離參數(shù)設計得十分精準。
直升機在空中盤旋，機載信標天線不斷發(fā)出信號，尋找衛(wèi)星回收艙上信標機傳出的特殊波段頻率。直升機的電臺不斷發(fā)出“嗞嗞”響聲。搜索人員屏息凝神，操作預備，靜待目標出現(xiàn)。
“各號注意，回收艙彈傘艙蓋，搜索開始?！薄笆盏叫艠诵盘?，定向穩(wěn)定?！薄爸鄙龣C目視回收艙乘傘下降”……電臺不斷傳出指令。
16點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，為大地獻上“第一個吻”。
工作人員快速處置回收艙 （宿東/攝）
精心護航鋪就回家“坦途”
搜索直升機陸續(xù)抵達回收艙著陸點，向著落點“俯沖”落地。負責回收艙狀態(tài)檢查和降落傘處置的五院試驗隊員劉欣、賈華明快速跳下直升機，迎著揚沙快速向已經(jīng)被大氣層灼燒過的回收艙跑去。
試驗隊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。載荷中的生命科學實驗樣本對于回收艙內(nèi)部環(huán)境的要求非?？量?，留給試驗隊員們只有3個小時的轉(zhuǎn)運時間。
在現(xiàn)場莊重而緊張的氣氛中，所有操作一氣呵成。之后，直升機非常麻利地吊起回收艙，迎著夕陽，向交付現(xiàn)場轉(zhuǎn)運。
實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？當然不是。
返回式衛(wèi)星回收技術(shù)的復雜性之高在行業(yè)內(nèi)是公認的。五院實踐十號衛(wèi)星總設計師趙會光說，雖然“實踐十號是站在巨人的肩膀上眺望遠方”，但仍然要突破一系列技術(shù)障礙。
“衛(wèi)星控制系統(tǒng)要準確地調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)，留軌艙和回收艙要進行有效分離，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備?！壁w會光說，研制者們?yōu)閷嵺`十號安裝了很多新設備和新系統(tǒng)，讓這顆衛(wèi)星變得渾身是寶。
事實上，這些新突破從實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圈時升軌返回。衛(wèi)星配置了多個陀螺，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，控制系統(tǒng)設計了自主對陀螺進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行一次切換，保證衛(wèi)星定姿正常。
五院實踐十號副總設計師李春華介紹，為了控制回收艙返回大氣層時產(chǎn)生的高達上千度的熱量，研制者們對回收艙熱控系統(tǒng)進行了“精心布局”，同時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，科學家們只能焦急地等待。研制者們?yōu)閷嵺`十號安裝了脈沖雷達應答機，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)星落地時的測量精度。
針對回收時各種“意外情況”，研制人員還制定了非正常處置預案，確保各種模式下都能順利回收?！奥厥章罚徊揭煌黄?。”五院實踐十號衛(wèi)星回收艙回收試驗隊隊長劉慶華說，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，實踐十號衛(wèi)星返回距上一次返回式衛(wèi)星實踐八號返回已經(jīng)10年了，這顆衛(wèi)星將要實現(xiàn)的實驗效果也被科學家們期待了10年。
用李春華的話說，這一次如果回收艙不能及時返回，之前從200多項申請中“精挑細選”來的科學實驗項目將成為科學家們永久的遺憾。即使在返回過程中稍有差錯，這些科學實驗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，艙中所有“乘客”狀態(tài)良好?，F(xiàn)場為此次返回式衛(wèi)星與空間科學實驗的完美組合響起了經(jīng)久不息的掌聲。在此之后，這些實驗裝置會被送到各研究單位進行下一步研究。
從五院公布的數(shù)據(jù)來看，這顆衛(wèi)星一共搭載了19個實驗載荷，涉及28項科學實驗。這是人類迄今為止，單次空間微重力實驗和生命科學實驗項目及種類最多的衛(wèi)星任務。而回收艙，是完成全部9項空間生命科學實驗和2項微重力實驗的重要“基地”。
由于這次太空實驗的特殊性，“乘客們”對于實踐十號熱控、微重力、供配電能力、回收保溫等要求非常高。更特別的是，空間科學實驗中涉及多種生命體，需要冷熱溫度適宜的舒適環(huán)境。
為了讓這些“乘客”時刻保持“舒適自在”，實踐十號衛(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，同時開展了多項專項分析和驗證，為實踐十號——這座“太空實驗室”安全、舒適地良好運行鋪平了道路。正像實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，既保證實現(xiàn)科學目標，又要守護它平安回家?！?/p>
不僅如此，與以往的返回式衛(wèi)星相比，實踐十號衛(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“大管家”始終兢兢業(yè)業(yè)地關(guān)注每個科學實驗載荷的不同需求。在運行過程中，“大管家”可以根據(jù)實驗需求隨時給供配電、熱控等分系統(tǒng)分配任務，合理安排在軌時間，進行天地遙操作。
值得關(guān)注的是，實踐十號衛(wèi)星作為一項開放的衛(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，并與歐空局開展了緊密的國際空間合作。
“實踐十號衛(wèi)星開啟了返回式衛(wèi)星的‘科學新模式’?！鼻窦曳€(wěn)說，不管是發(fā)射還是返回，對于中國空間科學研究都是一個新的開始。隨著實踐十號任務的成功，我國返回式衛(wèi)星將迎來第二個春天，未來，返回式衛(wèi)星將成為我國空間科學實驗技術(shù)邁上一個新臺階的“守護神”。
