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                  人造技術實驗衛星:太空中的試驗田
                  2017-09-18 |文章来源: 科普中国| 浏览次数:  |

                    技術試驗衛星起到“先行官”和“試飛員”的作用,航天技術中需要先在太空進行試驗的新技術、新方案、新原理、新儀器設備和新材料,都要試驗成功後才投入使用。

                    在人造衛星上可以做什麽實驗

                    在我們的頭頂有6000多顆人造衛星旋轉。這些千姿百態的衛星如果根據用途劃分,可分爲三大類:科學衛星、技術試驗衛星和應用衛星。通信衛星、導航衛星和遙感衛星是我們平時熟知的,都是直接爲軍事和國民經濟服務的應用衛星。用于科學探測和研究的衛星是科學衛星,主要包括空間物理探測衛星、天文衛星和生物衛星。技術試驗衛星起到“先行官”和“試飛員”的作用,航天技術中需要先在太空進行試驗的新技術、新方案、新原理、新儀器設備和新材料,都要試驗成功後才投入使用。中國技術試驗衛星與“實踐”系列科學探測的發展,充分展示了空間技術從試驗走向應用的發展道路。中國在1971年3月3日成功發射“實踐一號”衛星。衛星上的長期電源系統、長期遙測系統、長期溫控系統獲得全國科學大會成果獎,在太空正常運行了8年多,爲中國研制長壽命衛星提供了寶貴的經驗。

                    中國在1981年9月20日首次用一枚運載火箭成功發射“實踐二號”、“實踐二號甲”和“實踐二號乙”衛星。這3顆衛星儀器設備供電首次采用太陽型衛星的質量爲10~100千克能電池帆板、首次采用自旋穩定及對日定向的姿態控制方式、首次使用多扇百葉窗調節整星溫度、首次采用超短波統一系統來跟蹤和遙測。這些設備和技術的成功應用奠定了百星燦爛的基礎。離子體與衛星表面電位之間的關系是“實踐四號”衛星第一次測到的熱等。在“實踐五號”上開展了12項試驗,爲中國衛星平台技術和衛星探測儀器的不斷進步奠定了進一步的基礎。

                    在“實踐八號”衛星上試驗的內容廣泛,開展了精密重力測量等試驗。技術試驗衛星雖然數量較少,可用來進行重力梯度穩定試驗、生物對空間環境適應性的試驗、電火箭試驗、載人飛船生命保障系統和交會對接試驗、無線電新頻段的傳輸試驗、返回系統的驗證試驗、軌道上截擊試驗和新遙感器的飛行試驗等。

                    隨著電子技術的小型化、芯片化發展,小衛星由于成本低,開始活躍在空間技術試驗的舞台,許多大學生和愛好天文的人也開始研制和發射小衛星。任何有興趣的人,都可以通過放飛小衛星,驗證自己的奇思妙想,需要注意的是,記得回收,以免造成太多的太空垃圾,這也是研制的後續方向。

                    “實踐一號”衛星

                    人造衛星是怎麽測地球重力場的

                    你所稱量到的體重,在地球表面不同地點都差不多,因爲地球基本上是均勻的球體,在各處表面重力幾乎相同。

                    其實,地球各處的重力需要依靠衛星的靈敏度,才能測出細微的差別,但一般性測量是測不出來的。德國空間中心和美國航空航天局,聯合研制的“重力測量和氣候試驗衛星”,在2002年3月發射升空,開展了高精度全球氣候變化與重力場觀測試驗。在離地面500千米的同一圓軌道上由兩顆完全相同的衛星組成,相距約220千米運行,精確測量兩顆衛星之間的速率變化和距離反演地球重力場,測量誤差沒有超過人頭發的直徑。它所運用的原理是:質量的運動會引起重力場的變化。

                    以地勢較低的四川盆地被水淹了爲例,如果這兒地的質量增加,衛星路過的速度就會增加,兩個衛星之間的距離就會加大。在質量拉扯下,然後兩個衛星之間的距離又會縮短。只需要把兩個衛星之間的距離測量,地表任何指定區域的表面質量就可以獲得。這兩顆雙胞胎衛星不但能夠精確測量地球的旋轉軸。形狀、大小和重力場的變化,還能監測陸地冰川消融、陸地水量變化、海平面與環流變化、強地震等,是全球環境變化的有力工具。

                    重力場也會發生變化,像地球內部一些極爲緩慢的變化等。例如,冰在過去的地球極區比較多,地球在兩極的方向較爲扁平受這些冰的質量影響。由于現在部分冰融化,被重壓的陸地反彈開始上升,正在上升中是加拿大北部地區。這樣就使得地球逐漸變成更接近完美的球體。

                    科學家通過兩顆雙胞胎衛星精確地測量,重力的微小變化,還發現許多地方的地下水資源,正在以不可持續的方式大量消耗,這是需要加強注意的。

                     

                    重力場恢複與氣候實驗衛星

                    “生病”的人造衛星怎麽辦

                    在九霄雲外飛行的人造衛星,如果出了故障很難修理,要以預防爲主。爲此,把可靠性始終放在第一位,要精心設計,精心施工,采用高質量的航天器元器件和科學合理的方案,制定多項故障預案和相關對策等。

                    比如,衛星上的關鍵儀器可以采用備份設計,當一台關鍵儀器“生病”時,由地面通過遙控切換到備份儀器,或者自動切換以繼續運作。這樣雖然增加了複雜性和衛星的質量,總比整個衛星不能工作或者報廢要好得多。

                    以確保執行,衛星的一些重要指令也要采取多種手段發出。衛星在上天前要發現和排除衛星的隱患和故障,進行各種嚴格的空間環境模擬試驗。這些試驗要層層把關,從挑選元件開始,一直到最後總裝成整個衛星,保證衛星在發射前做到零疑點、零缺陷和零故障。


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