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　　4月18日，實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域安全著陸，我國(guó)首顆微重力科學(xué)和空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星任務(wù)圓滿成功，不僅標(biāo)志著我國(guó)返回式衛(wèi)星迎來(lái)第二個(gè)春天，而且實(shí)踐十號(hào)也成為我國(guó)首顆在四子王旗采用彈道式回收的返回式衛(wèi)星。
　　回首實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星的“回家”旅程，遇到哪些難關(guān)，克服哪些困難，具備什么條件，擁有什么特點(diǎn)……一連串的問(wèn)題亟待一一解密。
　　航天科技集團(tuán)五院實(shí)踐十號(hào)總設(shè)計(jì)師趙會(huì)光介紹說(shuō)，返回式衛(wèi)星回收技術(shù)十分復(fù)雜，必須突破姿態(tài)控制與軌道控制技術(shù)、衛(wèi)星再入防熱技術(shù)和衛(wèi)星回收技術(shù)。這四大技術(shù)在50年前航天技術(shù)剛剛起步的時(shí)候無(wú)疑是一道世界性難題，美國(guó)曾經(jīng)為此經(jīng)歷了12次發(fā)射失敗的慘痛代價(jià)，才突破了衛(wèi)星回收技術(shù)，蘇聯(lián)也同樣在交了13顆衛(wèi)星失敗的高昂學(xué)費(fèi)才實(shí)現(xiàn)了返回式衛(wèi)星的成功回收。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，到目前為止，我國(guó)共發(fā)射25顆返回式衛(wèi)星，神舟飛船、嫦娥三號(hào)、探月三期再入返回飛行試驗(yàn)器等任務(wù)也相繼發(fā)射成功，這些都為“空間實(shí)驗(yàn)室”成功返回地球家園奠定了良好基礎(chǔ)。可以說(shuō)，實(shí)踐十號(hào)是“站在了巨人的肩膀”上，但是它依然面臨著許多技術(shù)難題需要一一攻克，“空間實(shí)驗(yàn)室“順利“回家”需要過(guò)五關(guān)斬六將。
　　難題一：實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星怎樣返回地面？
　　要了解這個(gè)問(wèn)題，讓我們先來(lái)了解一下什么是航天器的返回軌道。
　　人們通常把航天器從脫離運(yùn)行軌道到降落到地面這一段的飛行軌跡叫返回軌道。根據(jù)航天器在返回軌道上所受到的升力和阻力的情況采用不同方式回收，目前，返回式航天器在返回地面的過(guò)程中，一般采用彈道式、半彈道式和滑翔式（升力式）三種軌道。
　　彈道式返回軌道。這種軌道的特點(diǎn)是，航天器在進(jìn)入返回軌道，再入大氣層的時(shí)候，只受阻力作用而不產(chǎn)生升力，因而，下降的速度快，空氣動(dòng)力過(guò)載大，落點(diǎn)無(wú)法調(diào)整和控制，可能產(chǎn)生較大的落點(diǎn)偏差。蘇聯(lián)和美國(guó)早期的飛船和我國(guó)的返回式衛(wèi)星均采用這種返回軌道。
　　半彈道式返回軌道。這種軌道的特點(diǎn)是，航天器在再入大氣層后，除了阻力外，還會(huì)產(chǎn)生部分升力。只要適當(dāng)控制它們的滾動(dòng)角，就可以控制升力方向，小范圍地改變飛行路徑，適當(dāng)調(diào)整落點(diǎn)范圍，使落點(diǎn)比較準(zhǔn)確，空氣動(dòng)力過(guò)載也比較小。蘇聯(lián)“聯(lián)盟”號(hào)飛船、美國(guó)“雙子星座”號(hào)飛船、我國(guó)的神舟飛船、探月三期再入返回飛行試驗(yàn)器都是采用這種返回軌道。
　　滑翔式返回軌道。這種軌道的特點(diǎn)是，航天器在再入大氣層后，會(huì)產(chǎn)生很大的升力，因而可以調(diào)節(jié)縱向和橫向的距離，準(zhǔn)確地降落在跑道上，空氣動(dòng)力過(guò)載也很小。美國(guó)的航天飛機(jī)和空天飛機(jī)就采用這種軌道。
　　實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星就屬于彈道式回收，它開創(chuàng)了我國(guó)航天器在四子王旗彈道式回收的先河。
　　提到衛(wèi)星回收，人們可能會(huì)想到把整個(gè)衛(wèi)星都回收回來(lái)，其實(shí)不是這樣的。返回式衛(wèi)星在設(shè)計(jì)的時(shí)候一般由回收艙和儀器艙兩部分組成，實(shí)踐十號(hào)也不例外。在結(jié)構(gòu)布局上，它充分繼承了以往返回式衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一眼看上去就像一個(gè)放大的“子彈頭”，內(nèi)部是由四個(gè)艙段構(gòu)成的儀器艙和返回艙組成，回收是指將返回艙收回來(lái)。
　　衛(wèi)星的回收是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，這是因?yàn)樾l(wèi)星在軌道上高速飛行，當(dāng)完成任務(wù)后需要它返回的時(shí)候，超高的速度沖向地球大氣層，再入大氣層的時(shí)候會(huì)與空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，衛(wèi)星的表面會(huì)產(chǎn)生很高的溫度，這就要求實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星在設(shè)計(jì)上充分考慮如何控制返回姿態(tài)，如何可靠地對(duì)付再入大氣層時(shí)產(chǎn)生的極高溫等難題，否則，不僅衛(wèi)星不會(huì)準(zhǔn)確地回到地面，還會(huì)在返回大氣層的時(shí)候被燒毀，即使返回艙不被燒毀，由于艙內(nèi)溫度過(guò)高，試驗(yàn)樣品也將受到破壞，整個(gè)“空間實(shí)驗(yàn)室”的研究成果將毀于一旦。
　　難題二：實(shí)踐十號(hào)返回地球家園應(yīng)具備什么條件？
　　既然回收技術(shù)作為航天技術(shù)中一項(xiàng)舉世公認(rèn)的難題，那么，實(shí)踐十號(hào)返回地球家園應(yīng)該具備什么條件呢？
　　據(jù)航天科技集團(tuán)公司五院總體部返回衛(wèi)星與空間安全總體研究室高振良介紹說(shuō)，首先，實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星的控制系統(tǒng)要能夠準(zhǔn)確地調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)，使它能夠從在軌道上飛行的姿態(tài)變成返回姿態(tài)；其次，衛(wèi)星艙段必須能夠可靠分離，衛(wèi)星還需自帶動(dòng)力系統(tǒng)，確保順利脫離原運(yùn)行軌道，進(jìn)入返回軌道；再次，衛(wèi)星要有良好的防熱性能和隔熱性能，確保返回艙不被燒毀，并且保證返回艙內(nèi)部溫度不能過(guò)高；同時(shí)，返回艙上要有良好的減速和緩沖設(shè)備，確保安全降落到地面而不被摔壞；最后，返回艙上還要裝備標(biāo)位裝置，確保返回落地后能及時(shí)發(fā)出信號(hào)，以便回收人員及時(shí)識(shí)別位置和成功回收。
　　難題三：實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星“回家”需突破三大關(guān)鍵技術(shù)
　　據(jù)航天科技集團(tuán)五院實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星副總師李春華介紹，要想確?！翱臻g實(shí)驗(yàn)室”順利“回家”至少要突破三大關(guān)鍵技術(shù)。
　　一是衛(wèi)星姿態(tài)及軌道控制技術(shù)。當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道后，星上姿態(tài)控制必須保持三軸穩(wěn)定。衛(wèi)星完成任務(wù)后，按地面指令調(diào)整姿態(tài)，在返回艙和儀器艙分離后，按照預(yù)先計(jì)算好的角度和方向點(diǎn)火工作，返回艙脫離原先的運(yùn)行軌道轉(zhuǎn)入返回軌道，返回地面。在這期間，如果角度計(jì)算的不正確就可能把衛(wèi)星推向宇宙深處，造成衛(wèi)星不知去向的嚴(yán)重后果。實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星返回艙在衛(wèi)星飛行204圈時(shí)升軌返回，其返回飛行時(shí)序設(shè)計(jì)主要繼承了以往返回衛(wèi)星的設(shè)計(jì)成果，針對(duì)星上狀態(tài)變化、保障條件變化等進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，除了要保證衛(wèi)星能夠正常返回外，還要考慮異常情況下，最大限度為地面提供處理和決策的機(jī)會(huì)。此外，實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星配置了4個(gè)陀螺，這些陀螺的健康狀況對(duì)于姿態(tài)安全具有關(guān)鍵作用，一旦有陀螺發(fā)生故障就無(wú)法用平衡方程進(jìn)行定位。為此，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自主對(duì)陀螺進(jìn)行簡(jiǎn)化快速診斷，一旦發(fā)現(xiàn)陀螺故障即可自主進(jìn)行一次切換，從而確保始終有三個(gè)陀螺正常工作，保證衛(wèi)星定姿正常。
　　二是衛(wèi)星再入防熱技術(shù)。返回艙進(jìn)入大氣層后，由于速度快，艙體的頭部與大氣層進(jìn)行劇烈摩擦，產(chǎn)生大量熱量，這種熱量可達(dá)幾千度，如果沒(méi)有過(guò)硬的防熱措施，返回艙將被熔化掉。為了確保結(jié)構(gòu)和防熱設(shè)計(jì)能夠滿足回收要求，實(shí)踐十號(hào)研制人員對(duì)再入過(guò)程的力、熱環(huán)境分別進(jìn)行了反復(fù)計(jì)算。通過(guò)與落區(qū)更改前和原返回式衛(wèi)星的氣動(dòng)力、熱環(huán)境比較，最終確定出在四子王旗著陸相應(yīng)的返回過(guò)程力、熱環(huán)境與原返回式衛(wèi)星相當(dāng)。
　　三是衛(wèi)星回收技術(shù)。當(dāng)實(shí)踐十號(hào)在太空飛行12天14.5小時(shí)后，衛(wèi)星開始進(jìn)入“回家”旅程?；厥辗窒到y(tǒng)將采用“時(shí)間—過(guò)載—時(shí)間”的控制方式，使用時(shí)間控制器、加速度開關(guān)和回收配電器聯(lián)合工作?；厥张摲祷貢r(shí)，以“兩艙一次分離”作為返回零時(shí)間，由時(shí)間控制器依次按發(fā)出“起旋火箭點(diǎn)火、制動(dòng)火箭點(diǎn)火、消旋火箭點(diǎn)火、制動(dòng)艙解鎖、加速度開關(guān)加電”等一系列指令。而返回過(guò)程的所有關(guān)鍵動(dòng)作都由星上指令進(jìn)行控制，對(duì)于影響成敗的關(guān)鍵指令，研制人員必須充分考慮其安全性和可靠性設(shè)計(jì)。此外，針對(duì)回收時(shí)各種“意外情況”，比如回收艙提前或延后著陸、回收落點(diǎn)偏差大、主傘未能正常打開、風(fēng)大條件下回收艙被拖拽、夜間搜尋回收艙、回收艙落入水中、回收遇雨、雪等各種非正常模式，實(shí)踐十號(hào)研制人員還制定了非正常處置預(yù)案，確保各種模式下都能夠順利回收。
　　難題四：“回家”地點(diǎn)怎么選擇？
　　衛(wèi)星成功返回，回收著陸區(qū)域選擇非常重要。為了便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和尋找返回地面的衛(wèi)星返回艙，美國(guó)選擇了在海面作為返回式衛(wèi)星的回收?qǐng)?，用龐大的艦?duì)和直升飛機(jī)群在空中或海上進(jìn)行回收。俄羅斯選擇在一片浩瀚的沙漠作為回收?qǐng)觯@種回收?qǐng)龅氐赜驈V闊，地面平坦，視野開闊。上世紀(jì)70年代，我國(guó)返回式衛(wèi)星落區(qū)則選擇在四川遂寧。而此次實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星回收?qǐng)鰟t選在了內(nèi)蒙古四子王旗，這是經(jīng)過(guò)精心挑選的。
　　據(jù)航天科技集團(tuán)五院實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星總指揮邱家穩(wěn)介紹，選擇在四子王旗回收，一是經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，特別是改革開放以來(lái)，我國(guó)發(fā)生了天翻地覆的變化，我國(guó)腹地四川中部的山區(qū)發(fā)生了變化，人員密度增大，新建房屋林立，衛(wèi)星在此回收將給老百姓的人身和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)很大的威脅。二是那里山丘密林，江河峽谷，將給衛(wèi)星尋找?guī)?lái)困難，針對(duì)這種情況，利用我國(guó)在內(nèi)蒙古中部地區(qū)建成并回收多艘神舟飛船的載人航天回收?qǐng)?，進(jìn)行實(shí)踐十號(hào)回收，無(wú)疑是一個(gè)理想的選擇。
　　可以看出，實(shí)踐十號(hào)衛(wèi)星成功返回可以說(shuō)是過(guò)五關(guān)斬六將。