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壽命增加15倍,中國首個復用航天器,不是「過於先進」的空天飛機

2024-10-17科技

近日,中國第一顆可重復使用返回式技術試驗衛星-實踐19號完成預定試驗,成功返回地面,在預定著陸場著陸。實踐19號任務成功標誌著中國擁有了快捷、經濟的微重力空間試驗手段,提高了我們空間試驗水平,拓展了對外合作。

中國先前也在發展可重復使用航天器,媒體報道試飛和返回均獲成功,但過於先進不便公開,或是空天飛機。

因此實踐十九號或是中國公開的第一型可重復使用航天器。可復用航天器方面,目前美國遙遙領先,SpaceX公司以一己之力,發展出「獵鷹」可復用火箭,「龍」可復用飛船和星艦。其他國家的可復用航天器還處於研發和追趕階段。

實踐19號衛星在2024年9月27日在酒泉衛星發射基地由長征2號丁運載火箭發射升空,上面搭載了一系列國內空間試驗載荷,進行空間科學試驗。

另外我們還開展了對外技術合作,搭載了巴基斯坦、泰國等科學試驗載荷,提供空間微重力科學試驗服務。

我們為何要發展可重復使用返回式技術試驗衛星

有人可能感覺奇怪,我們已經有了天宮空間站,在宇宙建立了永久的微重力科學試驗平台,為何還要發展可重復使用返回式技術試驗衛星?

主要原因是天宮空間站作為國家關鍵科學研究設施承擔著國家重大科學試驗任務,另外中外重要科研研究專案也在空間站進行,空間試驗任務一直非常繁重,科研資源緊張,許多重要專案都在排隊。

這樣一些重要性相對較輕,專案較小的實驗專案可能就面臨排不上隊的尷尬境地。

在天宮空間站沒有建成之前,我們主要使用返回式衛星進行微重力空間試驗。我們在地球表面活動,萬物時刻受到地球重力作用,可以說沒有重力,人類就不可能存在。

凡事有利也有弊,地球重力對物體作用也有負面作用,舉一個例子,兩種液體混合,同樣體積的液體,不同的密度的重量不同,這樣就會產生分層現象,很難混合。還有晶體生產,也會因為重力影響產生擾動,導致不規則結晶。

在這種情況下,如果在太空條件下進行試驗,那麽就在很大程度消除重力影響,提高試驗的準確度。

(天宮空間站科學資源緊張,許多重大科研專案都要排隊)

從上世紀60年代起,微重力環境下空間科學試驗起步,已經成為人類科學探索重要手段。蘇聯使用空間站,美國使用太空穿梭機進行空間科學試驗。

我們則使用返回式衛星進行空間科學試驗,從中積累了豐富的經驗。進入新世紀,中國載人航天工程起步,我們重點投向空間站,開展了天宮空間站建設,從而獲得了太空永久科學試驗平台。但是一些相對次要專案排不上隊,在這種情況下,我們決定重新啟用返回式衛星。

實踐19號衛星強調經濟性 降低空間試驗門檻

返回式衛星進行科學試驗一個問題就是成本,由於火箭和衛星都是一次性,造成試驗成本猛漲。

根據相關資料,上世紀80年代,我們空間微重力試驗載荷對外合作報價已經達到10萬美元/公斤。

如此高昂的成本阻礙了我們空間微重力科學試驗發展和對外技術合作。因此新一代返回式衛星要求可以重復使用,以降低成本和價格。

返回式衛星需要重返大氣層,這個過程會產生高溫燒蝕、高速沖擊等惡劣環境,因此要攻克高效熱防護、無失真回收、精確著陸等技術難關。不過我們已經實作了載人航天,攻克這些技術難關也不是什麽難事。

根據相關資料,實踐19號衛星在軌時間為20天,可以提供較長的空間試驗時間。衛星長度為5米,直徑為2米,發射重量為3.5噸,空間試驗載荷為0.5噸。能源供應系統為太陽能帆板和化學能,配備有健康監測和管理系統。

衛星90%能夠重復使用,重復使用可以達到15次,具備較好的經濟性。實踐19衛星配備安全回收系統,著陸的時候先開啟降落傘降低速度,臨近地面的時候,氣囊彈開,減少著陸對於衛星的沖擊,保證衛星和載荷的安全。

由於實踐19號衛星能夠快速制造和重復使用,衛星在接到任務之後可以迅速準備、發射,不需要像空間站那樣長時間排隊。

因此有人形容把實踐19號衛星稱為「太空出租車」,招手即上。這樣就為我們空間科學試驗提供了更加便捷、經濟的手段,有力提高了我們空間科學試驗水平。

需要指出的是我們正在著手推廣空間微重力試驗資源,實作商業化。這樣空間微重力試驗門檻就進一步降低,能夠走向社會大眾。

2019年國內第一顆商業可重復使用返回式技術試驗衛星-廣梅一號亮相,「廣梅一號」具有自主返回、適應多種低軌軌域、小型化、高載荷比等特點,將為空間科學試驗、空間育種、空間生物技術套用等領域提供小型通用的、低成本、便捷的商業化試驗平台。

未來空間試驗將會走向社會大眾,普通人也有機會進行空間科學,從而激勵社會創新。