首颗微重力科学实验卫星升空,预计进行19项新奇研究

2016-04-06 14:01:21    来源:中国勘测联合网

摘要:实践十号卫星今晨发射,来看看我国首颗微重力科学实验卫星都有哪些独到之处吧。

  2016年4月6日1时38分,我国首颗微重力科学实验卫星——实践十号返回式科学实验卫星(简称“实践十号卫星”)按照预定窗口时间,由长征二号丁运载火箭在酒泉卫星发射中心准时发射升空。卫星进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

  

空间科学先导专项首批唯一返回式卫星

  实践十号卫星于2012年12月31日正式立项,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,主要科学目标是利用太空中微重力等特殊环境,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、空间生物技术六大领域的19项科学实验,主要研究、揭示微重力条件和空间辐射条件下物质运动及生命活动的规律。其中,8项流体物理和燃烧实验将在留轨舱内进行,另外11项科学实验将在回收舱进行。卫星任务设计时间全长十五天,将利用我国成熟的返回式卫星技术按预定程序返回地球。

  

实践十号卫星工程如何分工

  实践十号卫星工程由中国科学院国家空间科学中心抓总负责。航天科技集团公司第五研究院抓总研制卫星系统及卫星平台;科学应用系统由中国科学院力学所负责,19个科学实验项目由中国科学院11个研究所和6所高校承担。此外,欧洲空间局和日本宇宙航天研发机构各自参加了一个科学实验项目。中国科学院国家空间科学中心牵头负责地面支撑系统研制、建设和运行及有效载荷总体工作;运载火箭系统由中国航天科技集团所属上海航天技术研究院负责研制,这是长征系列运载火箭的第226次飞行。


“实践十号”来了!我国首颗微重力科学实验卫星成功发射

  

量子科学实验卫星和硬X射线调制望远镜卫星将于2016年下半年相继发射

  目前,空间科学先导专项各项工作正按计划稳步推进,我国空间科学系列首发星——暗物质粒子探测卫星已于近期“满分出师”,顺利在轨交付用户单位。量子科学实验卫星和硬X射线调制望远镜卫星将于2016年下半年相继发射,争取在量子力学完备性检验、超大质量黑洞等空间科学前沿领域取得重大科学成果。

  

实践十号:卫星中的“大个头”?

  实践十号卫星是一颗在微重力空间环境下完成科学实验为主要目的的卫星,这就好比是一个飞行在太空中的专门的微重力实验室,这不仅在我国是第一次,在世界范围内都是少有的。


“实践十号”来了!我国首颗微重力科学实验卫星成功发射

  实践十号卫星飞行模拟图


  实践十号卫星是我国首次专门为微重力环境试验研制的卫星,它有5米高, 3吨多重。在我国的卫星当中,也算是“大个头”了。据航天科技集团五院实践十号卫星总指挥邱家稳介绍,实践十号是我们国家卫星目前为止搭载科学试验载荷数量最多的一个卫星,承载了19套载荷,分为两类,一类是空间微重力试验载荷,一类是空间生命试验载荷,所以它对微重力水平要求比较高。

  

利用“微重力”做科学研究

  卫星进入轨道后,绕地球旋转的离心力和受到的重力相互抵消,就会产生“几乎没有重量”的情况,这就是所谓的“微重力”或者我们所说的“失重”。

  2013年神舟十号任务中,航天员王亚平就给全国的青少年展示过微重力状态下的一些物理现象。但是,如果要利用“微重力”做科学研究,要求就会高得多,这个“微重力”环境必须非常精确稳定,尽量降低大气的阻力对微重力水平的不利影响,容不得任何的干扰。


“实践十号”卫星将在太空做哪些新奇有趣的实验?

  1、微重力条件下哺乳动物早期胚胎发育研究

  这一研究将展示哺乳动物早期胚胎在太空环境下的发育情况,揭示太空环境下哺乳动物早期生命活动规律,为保障人类太空活动中生殖发育健康提供科学依据。

  在国内外,迄今尚未见到在空间微重力实验条件下,成功进行哺乳动物早期胚胎发育体外研究的报道。这一实验首次在太空进行哺乳动物早期胚胎发育研究,观察太空环境中小鼠早期胚胎的发育过程,并探讨太空环境对胚胎发育的作用机制。

  2、微重力条件下造血与神经干细胞三维培养与组织构建研究

  人类要想在宇宙空间中长期生存,就需要研究解决一系列空间生命课题,如失重、真空、宇宙辐射、高温(或低温)等宇宙环境因素对生命过程的影响。

  这一实验是国际上首次开展微重力条件下造血与神经干细胞三维培养研究,揭示微重力下细胞三维生长的基本规律及其对自我更新、分化与功能的影响,探索解决目前干细胞非分化性增殖、高效定向分化、三维组织构建等世界性难题的新途径。

  3、微重力条件下人骨髓间充质干细胞的骨细胞定向分化效应及其分子机制研究

  从干细胞水平研究微重力造成骨细胞生成减少的生物学效应以及分子机制,是探讨空间微重力影响骨质变化的重要内容之一。实验有助于了解长期空间飞行和失重情况下造成的人骨量丢失的原因,为将来开发相关药物或预防措施提供科学基础。

  4、空间辐射诱变的分子生物学机制

  实验将研究空间辐射环境引起基因组不稳定生物学效应机制;挖掘对空间辐射环境敏感的生物分子和空间环境引起生物学效应的诱因,将为载人航天中的深空探测任务和舱外暴露试验打下技术基础。

  5、空间辐射对基因组的作用和遗传效应研究

  实验通过检测太空旅行前后小鼠细胞和果蝇的样本,定量研究空间辐射对基因组稳定性改变的效应,寻找新的空间辐射敏感标志生物分子,为太空辐射的风险和防护研究提供新的基础数据和检测手段。

  6、空间环境对家蚕发育的影响与变异机理的研究

  长期微重力状态、空间辐射、超真空等不同于地面的因素对动物生命活动是否产生影响,以及影响的程度和机理都是人们迫切需要了解的问题。

  已有研究表明空间环境能够诱变家蚕。但是,诱变过程中哪些基因发生了变化,蛋白的种类和丰度都是未知因素。这一实验在空间连续培养家蚕胚胎12天,研究空间条件下家蚕胚胎基因表达的特征,并将这些研究结果和方法推广到其他的生物研究之中。

  7、微重力下细胞间相互作用的物质输运规律研究

  科学家已发现进行空间活动的宇航员有骨质流失、肌肉萎缩、免疫功能下降和心血管系统异常等一系列生理改变,足以影响宇航员的生活质量和工作能力,尤其是长期飞行,甚至可能引起不可逆的变化。这一实验将为了解宇航员空间生理变化的机理,并为寻找应对措施提供科学与技术支撑。

  8、空间微重力条件下光周期诱导高等植物开花的分子机理研究

  当地球植物飞向太空后,昼夜不再是24小时周期,也不再有四季的变化,如国际空间站上每24小时中有16次的日出与日落,也没有了重力,植物没有上下方向。那么,植物的生长发育和代谢活动会有怎样的变化?其内在的遗传机制会怎样适应地球上从未有过的微重力新环境?国内外在空间已进行了多次的植物生长试验,但还并没有完全阐明微重力对植物生长发育的影响,尤其对于微重力条件下光周期诱导开花途径,目前尚未见报道。

  这一研究将从一个全新角度为认识重力在高等植物开花调控中的作用机制提供重要依据。实验在国际上首次使用在轨微重力条件下热激启动基因表达并通过实时荧光图像观察的方法与技术。所得数据将应用于载人航天受控生命生态支持系统的设计,并为空间植物培养提供理论依据。

  9、微重力植物生物学效应及其微重力信号转导研究

  实验将为培育适宜空间栽培的转基因植物新品种寻找线索。

  10、微重力下煤燃烧及其污染物生成特性研究

  煤炭在中国能源消费中占很高的比例,带来较大的污染。在微重力环境下,观察煤炭燃烧和污染物生成的基本规律,有望获得一些地面无法得到的基础数据,发展更完善的煤燃烧理论和模型,帮助人类更好地利用煤炭资源。

  11、典型非金属材料在微重力环境中的着火及燃烧特性研究

  在载人空间飞行过程中,航天器舱内的火灾事故是最令人恐惧、危害最严重的一种。防火安全是载人航天器设计和运行中必须妥善解决的最重要问题之一。

  为最大程度预防航天器舱内火灾的发生,首先需要掌握所使用的非金属材料的防火特性,建立材料选用和使用规范,对不得不使用的可燃材料,根据其燃烧特性制定相应的火灾预防办法。

  12、微重力环境电流过载下导线绝缘层着火烟的析出和烟气分布规律

  研究可为解决中国载人飞船及空间站防火等国家重大战略需求提供不可替代的技术支撑。

  13、空间熔体材料科学实验

  实验将研究微重力环境下晶体生长和凝固过程,获得地面重力场中难以生长的高质量材料。

  14、微重力条件下石油组分热扩散特性的研究和Soret系数的测量

  热扩散效应也叫Soret效应,与石油开采有关。要想尽可能准确地预测油田中的气油界面和组分分布,需要Soret系数的准确数据。然而,在地面常重力条件下无法获得不受对流干扰的理想热扩散过程,也难以得到Soret系数的准确数据。

  中欧合作的这一项目是国际上一系列相关研究之一,在卫星上搭载双方共同研制的仪器设备。实验有望获得包括中国石油样品在内的石油不同组分的Soret系数的精确数据,帮助预测油田中石油组分分布和油气界面位置,进而指导石油的开采并降低开采成本。

  15、热毛细对流表面波空间实验研究

  为满足现代微电子工业等对高质量半导体和合金材料的需要,晶体生长已成为空间微重力环境的一个重要应用前景。国内外已开展了多次空间晶体生长实验,但生成的晶体质量仍不尽如人意。其原因是由于毛细对流的不稳定性。如何抑制振荡毛细对流的产生,从而避免条纹缺陷,有必要对毛细对流开展深入研究。

  16、胶体有序排列及新型材料研究

  实验有望获得大尺寸高品质金属纳米晶体。

  17、蒸发与流体界面效应空间实验研究

  实验将为载人航天等航天工程中的空间热流体设备的设计开发提供理论依据。

  18、微重力沸腾过程中的汽泡热动力学特征研究

  实验有助于加深理解沸腾传热内在机理,成果可服务于航天,尤其是载人航天事业。

  19、颗粒物质运动行为-颗粒流体气液相分离空间实验研究

  这是首次在有系统的长微重力时间下振动激振颗粒运动实验,有望获得团簇形成与分聚和冷却行为等颗粒动力学重要实验结果。


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