返回式卫星:十载不鸣 一鸣惊人

文章来源:中国航天报 发布时间:2016-04-08

作为我国首颗微重力科学实验卫星,实践十号卫星的使命是开展空间科学实验,研究、揭示微重力条件和空间辐射条件下物质运动及生命活动规律,这不仅具有较大的社会效益和经济效益,而且对推进我国空间领域的科学探索也有重要的意义。

“及时雨”

实践十号诞生恰逢其时

提到返回式卫星,大家并不陌生,到2006年为止,我国共进行了24次返回式卫星的发射。通过这些任务,我国掌握了返回式卫星的总体设计、制造、发射和回收等关键技术。

实践十号卫星工程总设计师唐伯昶介绍,实践十号是我国时隔近10年之后再次发射的返回式卫星。2006年9月9日,实践八号卫星发射之后,由于需求等方面的原因,我国返回式卫星发展告一段落。

与平时常见的“北斗”、“高分”系列卫星“方头方脑”的外形不同,从外观上看,实践十号就像一颗巨大的子弹。

实践十号卫星总设计师赵会光介绍说:“实践十号的外形和原来的返回式卫星基本相同,采用柱锥组合体外形。从上到下,卫星主要分为返回舱和仪器舱两个舱段,在轨运行任务结束后,仪器舱和返回舱分离,仪器舱继续留轨实验,返回舱则返回地面。”

返回式卫星按照用途一般可分为遥感、航天育种和空间科学实验三种。以往我国发射的返回式卫星均为遥感或航天育种卫星,而此次发射的实践十号是我国首颗微重力科学实验卫星。

这是因为以往我国发射的返回式卫星中有个别卫星曾经搭载过一些微重力科学实验的载荷,但主任务不是进行微重力实验,而实践十号是一颗专门用于微重力科学实验的卫星。

那么,到底为什么返回式卫星时隔10年后再次发射呢?

以往我国发射的返回式卫星大部分是胶片回收型遥感返回式卫星,随着数据传输型遥感卫星的成熟,我国不再发射胶片型遥感返回式卫星,这也是世界遥感卫星的发展趋势。

实践十号卫星总指挥邱家稳解释说:“胶片回收型遥感卫星退出历史舞台只是说目前不需要这种用途的返回式卫星,并不代表返回式卫星退出历史舞台。

进入21世纪,返回式卫星的应用开始转型,由遥感向空间科学实验转变,典型的代表是俄罗斯和欧空局的光子号和生物号系列空间科学实验卫星。近年来,我国空间科学实验的需求开始增多,实践十号卫星就是这个背景下的产物。”

实践十号拉开我国使用返回式卫星进行空间微重力科学实验的序幕。目前,我国空间微重力实验的需求非常旺盛,因此,返回式卫星发展将迎来一个新的黄金时期。赵会光介绍,下一代返回式卫星的技术发展趋势是低成本、可重复使用和更强服务能力,发展前景良好。

“抓重点”

以主要设计目标展开工作

保证卫星的微重力指标达到要求是实践十号的首要目标。赵会光表示,研制团队精心设计,采用“3+1”的方法提高了卫星的微重力水平。

一是选择了一条合适的圆轨道,这个轨道的大气阻力较小,微重力水平均匀且满足要求;二是姿控发动机采用单组元推力器代替了过去的冷气推力器,使其对卫星微重力的影响大为减少;三是卫星平台和载荷有大量的活动部件,这些活动部件的存在对卫星微重力有很大的影响,在设计过程中就需要采用多种方式抑制这种影响。

此外,卫星增加了微重力测量监视设备,可以实时监测卫星上的微重力水平并将数据提供给客户,客户可以根据实验特点剔除微重力的影响。

除了微重力水平保证,卫星热控也是团队重点攻关的方向之一。相对于原来的返回式卫星,实践十号卫星搭载了更多的载荷,仅回收舱的载荷功耗就达到近300瓦,比原来的返回式卫星增加了近10倍。

赵会光打比方说:“原来回收舱内的功耗相当于点了一个电灯,而实践十号则像放了一个电烤炉,散发出的热量大幅增加。更麻烦的是,返回式卫星回收舱外部覆盖了厚厚的烧蚀材料,导致卫星的散热性能很差,如果不采取降温措施,舱内的温度就会太高,无法开展实验。为此,实践十号采用流体回路的主动热控方案代替了以前的被动热控方案。”

此外,返回舱在大气层再入时外表要承受高温烧蚀,为了避免1000多摄氏度的高温影响载荷,返回舱外部烧蚀材料在烧蚀过程中可以带走一部分热量。返回舱外壁之间采用了多层隔热装置,这样可以确保返回时舱内的温度也满足要求。

“传帮带”

新团队挑起重担

实践十号在2012年12月立项,经过3年多的研制才发射升空。因为时隔多年,重新研制返回式卫星对新组织起来的研制团队来说困难不少。

邱家稳坦言:“以前的返回式卫星研制团队已经解散,有些人已经退休,有些人则转战其他岗位,将以前返回式卫星研制团队组织起来是不现实的,只能重新组织一支团队。”

赵会光谈道:“虽然我们尽力将一些以前参加过返回式卫星研制的人员吸收进来,但这支团队80%以上的成员还是研制返回式卫星的‘新兵’”。

如何将团队历练成人人胜任岗位职责、精神饱满的队伍,是实践十号卫星抓总单位航天科技集团五院总体部必须认真考虑的问题。

团队更需要在整个研制过程中严格遵循系统工程和项目工程的规律,识别风险、安排初样和进行必要的专项试验等。系统工程和项目工程的规律包含了确保型号成功的内在机制,这在航天很多型号中得到了验证。

为了尽可能多地传承经验,这支队伍十分重视“老兵”带“新兵”的作用。

此外,为了弥补缺乏研制经验的短板,研制团队还邀请已经转战其他型号或退休的技术专家参与方案论证、对关键技术状态进行把握,并召开了多次评审会和把关会,充分借鉴他们的经验,使研制团队少走了弯路,提高了效率。

邱家稳还提到一件在研制初期很“纠结”的事情,他说:“因为众多载荷研制单位没有航天工程的研制经验,在研制过程中遇到了很多问题。为此,我们对载荷研制单位专门进行了培训,提供技术服务,让他们在航天工程研制能力上尽快融入这支团队。”(谢瑞强/文 蔡文/摄)