卫星在太空中受重力吗?

我国首颗微重力科学实验卫星“实践十号”在顺利完成12天太空飞行后,其回收舱于18日16时30分准确降落在内蒙古四子王旗预定着陆区域,回收舱着陆状态正常、外观良好,搜索回收任务顺利完成。

这是我国成功发射回收的第24颗返回式卫星,也是首颗在内蒙古草原返回着陆的卫星。卫星回收任务圆满成功,进一步验证了我国返回式卫星控制回收技术,标志着我国在空间科学研究与应用领域迈出坚实步伐。

4月6日,实践十号在酒泉成功发射升空,作为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,同时也是单次开展微重力科学和空间生命科学实验项目最多的卫星,该星在轨运行期间,共开展了19项有望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的空间科学实验。

今天下午,曾圆满完成23颗返回式卫星和10艘神舟飞船搜索回收任务的着陆场站,奉命转战千里,挺进阿木古郎草原腹地,执行卫星搜索回收任务。在陆军航空兵部队的密切配合下,着陆场站派出空中和地面搜索分队,采取空地协同方式对回收舱进行搜索回收。搜索及回收任务完成后,实践十号回收舱将被运输至预定地点进行详细处置,11台科学实验载荷及样品正式交付科学应用系统。

实践十号卫星科学应用系统副总师、中科院动物所研究员段恩奎告诉记者,依据对已获得的空间实验结果初步分析,实践十号返回式微重力卫星科学实验进展顺利,总体达到了预期的科学实验要求,取得了预期的科学实验结果,等新实验现象,已超越国际上对微重力环境下其结果的预言。

实践十号卫星在轨模拟图

段恩奎还透露,回收舱载荷及样品交付给科学应用系统后,生物类实验样品将进行现场处置,其中6个项目的样品当晚返京,将及时送往实验室进行处理。实验材料及样品的后期详细处理和分析将在各责任单位的实验室完成。此外,实践十号的回收舱返回地面后,其留轨舱还将在轨运行,完成后续空间科学实验项目后,坠入大气层自然烧毁。

实践十号卫星是我国自2006年成功发射回收实践八号卫星后,间隔10年再次发射回收的返回式卫星,也是我国成功发射回收的第24颗返回式卫星。

首颗微重力科学实验卫星“实践十号”成功回收,带来四大收获:

以下内容来自中国经济报:

收获1:再次验证返回式卫星技术 

在着陆场,回收舱着陆状态正常、外观良好,搜索回收任务顺利完成。这是我国成功发射回收的第24颗返回式卫星,也是首颗在内蒙古草原返回着陆的卫星。卫星回收任务圆满成功,进一步验证了我国返回式卫星控制回收技术,标志着我国在空间科学研究与应用领域迈出坚实步伐。 

实践十号卫星于4月6日1时38分在酒泉卫星发射中心发射升空。卫星在轨飞行期间,由西安卫星测控中心对其进行不间断测控管理,确保了卫星运行稳定、星地链路通畅、飞行控制准确高效、各项科学实验按计划实施。经过精准的轨道控制,使其瞄准预定着陆区域返回。 

18日16时15分,卫星回收舱与留轨舱分离。16时23分,卫星回收舱减速伞、主降落伞依次弹出,回收舱缓缓降落。卫星回收舱返回地面后,留轨舱还将在轨运行,完成后续空间科学实验项目后,坠入大气层自然烧毁。

曾圆满完成23颗返回式卫星和10艘神舟飞船搜索回收任务的着陆场站,奉命转战千里,挺进阿木古郎草原腹地,执行卫星搜索回收任务。在陆军航空兵部队的密切配合下,着陆场站派出空中和地面搜索分队,采取空地协同方式对回收舱进行搜索回收。地面雷达第一时间发现目标,指引搜索分队迅即奔赴着陆区域。搜索队员迅速抵达落点,开展现场处置,随后将回收舱安全移交给中国空间技术研究院,星上载荷由该院向中国科学院移交,科研人员将对搭载实验项目和获取的科学数据作进一步分析评估。 

收获2:各项在轨实验数据理想 

在轨运行期间,实践十号卫星利用太空中微重力等特殊环境,开展了19项空间科学实验,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,这些实验进展如何? 

在轨段12天,19项科学实验按照既定在轨实验实施细则有序开展,遥测、数传数据完整。卫星下传的科学实验数据主要包括视频、图像以及科学实验参数,同时也得到了与科学实验相关的卫星参数,如卫星留轨舱和返回舱的3轴统计微重力水平、卫星舱内温度等。

实践十号卫星科学应用系统副总师、中科院动物研究所研究员段恩奎在接受本报记者采访时介绍说,依据对卫星下传数据中已获得的空间实验结果初步分析,实践十号返回式微重力卫星科学实验进展顺利,总体达到了预期的科学实验要求,取得了预期的科学实验结果,“一些新实验现象已超越国际上对微重力环境下其结果的预言”。 

此外,有10个项目的科学家依据对卫星下传的科学实验结果的及时处理、分析和判断,提出了优化调整需求,通过与技术、工程团队的通力合作,利用预案变更途径和应急注入等手段,对其后期在轨科学实验进行了多次优化与调整,改变了空间实验参数,并获得了更为理想的实验结果。 

收获3:首次实现哺乳动物胚胎在太空发育 

在卫星回家之前,我国科学家已通过实践十号卫星下传的实验图像看到一项重大科研成果。 

“我们在全球首次实现了哺乳动物胚胎在太空的发育。”卫星中搭载的胚胎培养箱负责人段恩奎非常高兴地告诉记者,团队在全球第一次于地面上得到了小鼠胚胎在太空发育的清晰照片。 

实验团队的“微重力条件下哺乳动物早期胚胎发育研究”项目,携带着数千枚2细胞小鼠早期胚胎,于4月6日搭乘实践十号卫星升空。卫星上天10几小时后,从发回的照片上,研究人员发现小鼠细胞开始分裂发育,从2细胞到4细胞、8细胞、16细胞……到60小时后,有些小鼠细胞已发育成囊胚。 

哺乳动物在太空环境中能否正常繁衍是科学家们一直探索的前沿课题,这关系着人类未来能否进行长期太空旅行,在太空中繁衍生息。 

段恩奎介绍,太空中的动物繁衍实验,此前只做成过果蝇、金鳉鱼等非哺乳类动物的,但哺乳动物胚胎在太空发育的研究,一直未获成功。1996年,美国NASA在哥伦比亚号航天飞机上曾搭载了49枚小鼠2细胞和8细胞胚胎,但等卫星回收后再观察,这些胚胎没有一个发育。2006年,中国的实践八号卫星在完成主要任务航天育种实验的同时,顺带加上了段恩奎参与的小鼠胚胎发育实验。这次实验让我国建立起一套太空胚胎成像系统,照片顺利传回地面,但没有看到小鼠胚胎细胞在太空中的发育。 

为了本次搭载实验,研究人员历经10年,用了几万枚胚胎做了上百次的实验,研制出一套适合胚胎在太空发育的密闭培养系统。技术人员也提供了更优良的条件,中科院上海技术物理所的张涛等人将设备齐全的“实验室”浓缩成一个17公斤重、仅有家用微波炉大小的培养箱。卫星发射流程也进行了优化,小鼠的2细胞胚胎样品是在卫星发射前8小时安装进去的,这最大程度保障了实验不受地面因素干扰。 

现在,卫星已经返回地面,段恩奎表示,将把收回的样本快速送到实验室,进一步分析,判断太空环境是促进还是抑制了胚胎的发育,其机理又是什么。 

收获4:一大波重要成果向我们涌来 

实践十号卫星有两个舱,回收舱和留轨舱。回收舱返回后,卫星留轨舱继续在轨工作。目前留轨舱全部8个项目的空间实验计划已排定。煤燃烧实验按照预定的方案主要在留轨段完成;其他实验项目各有1~2次的空间实验机会,完成预定的科学实验以及开展部分拓展实验。卫星留轨段让我们有机会开展危险性、拓展性的科学实验,它将是对前期在轨段实验的有益补充。期间,科学实验结果仍通过卫星原遥测、数传发射机下传。 

而搭载实践十号卫星回收舱返回地球的科学样品涉及11项空间科学实验,其中2项为微重力科学实验,剩余9项为空间生命科学实验,涉及领域包括:微重力流体物理、空间材料科学、空间辐射生物学效应、重力生物学效应、空间生物技术等。 

这些实验的负责人都已经迫不及待地来内蒙回收现场,接收他们的宝贝成果。 

回收“植物培养箱”的上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员蔡伟明说,他们培养的是模式植物,项目属于重力生物学范畴,研究植物怎么感受失重,怎么把这种物理刺激变成生物化学信号传下去,会产生什么影响。“已经发现,植物细胞壁会受微重力环境影响,变得松弛。植物在地球上从没接触过微重力环境,面对新环境,它产生了新的适应。这个新发现为我们研究生物适应性提供了新依据,我们还将根据回收样品做进一步分析研究。” 

浙江大学教授王金福此次过来回收“骨髓培养箱”,这是浙江大学和中科院空间科学院的合作项目。“宇航员进入太空后回来,骨质变化很厉害,一个宇航员在太空一个月丢失的骨质相当于孕妇一年丢失的骨质。”王金福说,这次研究的目标,就是在真实空间,看人的骨细胞分化能力与地面比较,会有什么变化?导致分化能力变化的原因是什么?关键的细胞信号分子是什么?这样可以有针对性地开发出新药物,促进骨细胞生殖,维持骨质平衡。 

中科院力学研究所研究员徐升华过来回收中欧合作项目“Soret实验箱”和“Soret控制箱”,这是一个研究微重力环境下石油组分热扩散效应的实验,对石油开采有应用价值。“一个深海油田的油井,打井费用上亿元。在微重力环境下对石油组分热扩散效应进行研究,可以排除地面重力因素干扰,精确测量相应的Soret系数,进而帮助建立模型,对地底石油组分分布和油气界面位置进行精确预测,提高石油开采效率,减少开采成本。” 

无论是回收舱还是留轨舱,这19项实验都将有不少后续处理和研究分析工作,它们将陆续带来一大波具有自主知识产权的重大创新科技成果,帮助科学家们突破生物技术、高新材料和生命科学等领域的难题。

综合央视新闻、中青报、中国经济报等报道

人工重力:旧思维的新诠释


在世界各地的实验室中,利用人工重力进行长时间的空间任务正重新得到认真的研究。这里展示的是麻省理工学院人车实验室的实验工作。(图片来源:麻省理工学院人车实验室)

在往返遥远火星的长途跋涉中,让宇航员保持最佳状态可能需要便携式重力。长期的太空旅行者需要对抗肌肉萎缩、骨质流失、心血管失调和平衡失调等衰弱效应——人类在微重力环境下的反应。


几十年来,人工重力研究一直是一个时断时续的命题。但在过去几年里,在NASA的新月、火星和其他探索任务的推动下,人工重力研究现在正在发展,这一次有了一个新的转机。

“这个想法的时代已经一遍又一遍地到来”,位于马萨诸塞州剑桥市的麻省理工学院(MIT)阿波罗航天计划教授劳伦斯·杨解释道。

杨也是一名健康科学和技术教授,长期以来一直在研究人工重力可能发挥的作用,以防止人类在星际空间中旅行时变弱。


“自从我在20世纪60年代开始研究这个问题以来,我认为大家正在认真对待。我们拥有大量优秀的开发者……以及华盛顿特区的支持。”

在过去,随着太空生命科学家开始意识到宇航员的健康问题,NASA开始寻找快速、个性化的解决方案。活动平板车、飞行中的锻炼、药物——所有这些和其他疗法都是为了一次治疗一个身体系统。


与此同时,俄罗斯专家研究了他们在地球轨道上待的时间长得多的宇航员,他们指出,他们遇到的医疗问题不容易解决。

杨说,从1995年到1998年的航天飞机/和平号项目开始,寻找“通用解决方案”的工作开始向优先级上升。

过去,有一个问题一直让人工重力倡导者感到不满,那就是设想一个巨大的旋转航天器,让它的居民处于与地球一样的单重力状态。而像《2001太空漫游》这样的电影则有助于将这种“太空神童”的形象植入太空心灵。


近年来,一种想法开始浮现,即航天器内的短半径离心分离机可能更有吸引力。“你开始锻炼。你的重力加速度耐受性会持续一段时间,每天或一周几次,这听起来对工程师很有吸引力。”,杨说道。

然而,在采取这一办法时,仍有一些问题需要考虑。

在位于德克萨斯州休斯顿的国家空间生物医学研究所(NSBRI)的支持下,杨和麻省理工学院的同事托马斯·贾尔肖(Thomas Jarchow)等人得以深入研究个人短半径离心和潜在的副作用,比如晕动病,每秒180度旋转时头部运动引起的认知和运动功能干扰。


此外,还需要研究来评估短半径离心训练是否对骨骼、肌肉和体内液体产生必要的影响,以帮助抑制空间失调。

考虑到开始讨论一个严肃的、长达三年的人类到火星的努力已经变得合情合理,杨说,突然之间,NASA和许多大学研究人员面临着与人工重力相关的关键问题,需要尽快找到答案。

位于加尔维斯顿的德克萨斯大学医学分部(UTMB)正在准备一项人工重力研究的重大项目,由美国宇航局位于德克萨斯州休斯顿的约翰逊航天中心监督。


从明年开始,在UTMB,一群人将参与重现失重效应的卧床休息研究,其中一半人也每天在离心机上旋转一次。

总部位于加州埃尔塞贡多的威尔实验室(Wyle Laboratories)为美国宇航局(NASA)建造了这种新型离心机,用于研究人工重力对人体的影响,以应对长期微重力对人体的负面影响。那台新造的离心机是最近在UTMB安装的。“这是一个非常漂亮的设备,”杨说。

杨是这项工作的联合研究员,他与美国宇航局约翰逊航天中心人类适应与对策办公室的首席科学家威廉·帕洛斯基合作。


这项由NASA资助的研究分为两个阶段。第一阶段是使用短半径离心机,其半径为10英尺(3米),以支持美国宇航局的人工重力飞行员研究。杨补充说,第二阶段将包括对离心机设计的重大改进,为涉及德国和俄罗斯的跨国人工重力项目提供支持。

在这项人工重力项目的试点研究中,受试者被放置在六度仰卧的床上,以模拟微重力对人体的影响。然后,测试对象被放置在短半径离心机中,并在其脚下承受2.5G的重力,以模拟重力环境。

“在我看来,”杨总结道,“所有这些研究的目的不是为了展示如何利用人工重力。而是要确定人工重力是否是一个可接受的解决方案。”


在太空进行人工重力实验是最理想的,特别是在国际空间站上进行。这方面的讨论正在进行中,但尚未得到批准。

与此同时,进入火星重力生物实验卫星计划。这是一个高度由学生驱动的项目,结合了三所顶尖大学的人才:麻省理工学院(领导小组)、华盛顿大学西雅图分校和澳大利亚昆士兰大学。

火星重力生物卫星计划是一个研究火星重力对哺乳动物影响的任务。从轨道航天器收集的数据将有助于基础空间生物学,目的是推进人类对空间的探索。

该项目的项目经理、麻省理工学院空间系统实验室的研究科学家保罗·伍斯特说:“最大的问题之一是,去火星需要多大程度的人工重力。”


伍斯特说,火星重力生物卫星将携带15只老鼠进入太空,使它们旋转起来以制造人造重力。为了给卫星上的动物产生人造重力,卫星将快速旋转,大约每两秒钟旋转一圈(每分钟34转)。这个向内的加速度将模拟火星表面的重力——大约是地球表面的三分之一。

经过五周的飞行后,这些标本将通过降落伞返回地球。“我们想知道在他们的骨骼、肌肉和前庭系统中可以发现什么影响,”。

虽然生物卫星的设计工作已经取得了稳定的进展,但要找到所需的资金来完成这个估计为3000万美元的项目却是一项艰巨的任务。


到目前为止,已经筹集了大约100万美元。感谢顾问和业界的支持,以及一位愿意为有效载荷助推器支付大约一半费用的匿名捐赠者,工作还在继续。伍斯特说,自2001年8月这项活动开始以来,已经有300多名学生参加了这项活动。“如果我们现在有足够的资金,我们可以在2008年升空。”

“这真的很值得。学生们正在学习大量的东西,通过建立真实的硬件原型,然后测试硬件。这比坐在教室里计算要好。”Wooster总结道。

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