本刊特約記者 龐丹 潘晨

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科學實驗當先鋒
—訪實踐-10衛(wèi)星總設計師趙會光

本刊特約記者 龐丹 潘晨

2016年4月18日，實踐-10回收艙成功在內蒙古四子王旗回收。實踐-10是我國第一顆空間微重力科學實驗衛(wèi)星，其成功完成預定任務對促進空間科學研究領域的科技進步具有重大意義。近日，記者采訪了該衛(wèi)星總設計師趙會光。

記者：祝賀實踐-10衛(wèi)星回收成功，這是我國首顆專門用于空間科學實驗的返回式衛(wèi)星，請您介紹一下實踐-10衛(wèi)星的研制背景和相關情況。

總師：實踐-10是我國空間科學先導專項首批科學實驗衛(wèi)星中唯一一顆返回式衛(wèi)星，于“十二五”期間立項研制，該衛(wèi)星也是我國發(fā)射的第25顆返回式衛(wèi)星。該衛(wèi)星任務使命是承載19項空間微重力科學及空間生命科學項目開展在軌實驗，并攜帶回收載荷安全返回地面。該項目于2012年12月30日完成立項并啟動工程研制。衛(wèi)星的科學目標主要有兩項：一是研究微重力環(huán)境中物質運動規(guī)律、重力變化對運動規(guī)律的影響（10項實驗）；二是研究空間微重力、輻射環(huán)境下生命活動和生物學過程規(guī)律（9項實驗）。19個實驗項目中，回收的11項，不回收的8項。衛(wèi)星的回收艙在軌工作12天，留軌艙安排3天留軌，完成留軌科學實驗任務，在衛(wèi)星平臺電源允許的情況下，根據(jù)實驗項目進展適當延長。

記者：過去，中國空間技術研究院研制發(fā)射的返回式衛(wèi)星主要承擔對地觀測、測繪和育種等任務，實踐-10衛(wèi)星的任務有什么特點？

總師：這顆衛(wèi)星確實與我們以往研制的返回式衛(wèi)星有很大的不同，概括起來有以下七大特點。

一是科學實驗項目多。共有19個實驗項目，這些實驗項目涉及到眾多硬件產(chǎn)品、軟件/現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）配置項等，不確定因素多，技術狀態(tài)變化多。

二是科學需求變化多，對衛(wèi)星平臺能力要求高。實驗載荷對衛(wèi)星平臺在熱控、微重力、供電能力、射前總裝、回收保溫等方面均提出了較為苛刻的要求，因而帶來衛(wèi)星平臺技術狀態(tài)更改大，研制難度顯著增加；產(chǎn)品設計以科學實驗為核心，含大量新研和專用的實驗裝置；載荷產(chǎn)品配套承研單位多，各單位質量和技術標準又有差別。

三是產(chǎn)品來源雜，產(chǎn)品保證要求難。受制于研制經(jīng)費的約束、星上設備的基線產(chǎn)品來源較多，產(chǎn)品研制狀態(tài)極其復雜。該衛(wèi)星跨領域選用多個型號和衛(wèi)星平臺成熟產(chǎn)品，包括返回式衛(wèi)星、“神舟”飛船、遙感衛(wèi)星、導航衛(wèi)星、小衛(wèi)星、“嫦娥”探測器。這些產(chǎn)品獲取途徑較多，有一步正樣產(chǎn)品，也有沿用產(chǎn)品或恢復投產(chǎn)產(chǎn)品。產(chǎn)品研制狀態(tài)有繼承類、更改類、新研類、充分使用類、引進類、復產(chǎn)類、市場采購類，特別是沿用/復產(chǎn)產(chǎn)品較多，這種情況導致產(chǎn)品保證要求難，在衛(wèi)星上的適應性以及系統(tǒng)間匹配性存在較大風險。

四是重大技術狀態(tài)變化多。與原返回式衛(wèi)星相比，該衛(wèi)星存在較多重大技術狀態(tài)的變化，這些變化涉及大系統(tǒng)方案、系統(tǒng)方案、分系統(tǒng)方案以及關鍵單機層面；還存在回收艙流體回路主動熱控、管路斷接、耐沖刷數(shù)傳天線等技術狀態(tài)，需要合理確定方案，開展專項分析和驗證；此外，也存在原返回式衛(wèi)星平臺產(chǎn)品近10年未投產(chǎn)的情況，衛(wèi)星面臨產(chǎn)品設計、工藝、保障條件恢復等眾多難題。

五是固有單點環(huán)節(jié)多，風險管控要求高?？茖W實驗載荷研制人員既是科學家，又是工程師，工程經(jīng)驗不足，所以載荷不確定因素多，技術狀態(tài)變化多；衛(wèi)星與地面應用等系統(tǒng)間接口復雜；需求多變、工程進度緊、隊伍新、軟件復雜等。

六是受制于研制經(jīng)費的約束。初樣階段只安排電性星，不進行結構星、熱控星研制；衛(wèi)星結構設計、總裝設計和熱控設計一步正樣；有效載荷正樣產(chǎn)品交付技術狀態(tài)較復雜。

七是各科學實驗項目存在差異化匹配測試、射前安裝保障、在軌實驗和回收生保等復雜的實施性要求。射前總裝操作多，比如，有8臺科學實驗載荷需要在射前8～5h分別安裝，需要衛(wèi)星系統(tǒng)協(xié)同發(fā)射場、運載、測控回收、科學應用和支撐系統(tǒng)予以保障，并實施針對性演練和驗證。

記者：返回式衛(wèi)星是中國空間技術研究院非常成熟的型號，請您介紹一下這顆衛(wèi)星在設計和研制上有哪些亮點？

總師：本次任務是首顆專門用于空間微重力科學實驗的返回式衛(wèi)星。19項空間微重力和生命科學實驗項目對返回式衛(wèi)星平臺提出了很多新的要求，有的要求完全超越了原返回式衛(wèi)星的能力。比如，衛(wèi)星的回收艙安裝有11個實驗項目，合計功耗達300W，熱控要求溫度0～30℃，如果采取原被動熱控措施是根本無法滿足需求的，必須確定更可行的解決方案，進行技術升級。因此，歸納來說，實踐-10針對這些新需求進行了多方面的技術創(chuàng)新和重大改進，主要包括以下六點。

一是首次選擇內蒙古四子王旗作為衛(wèi)星以彈道再入方式返回再入的回收落區(qū)。這對于返回式衛(wèi)星是突破性的。不同于“神舟”飛船的彈道-升力式再入方式，彈道再入方式的落點散布由返回初始15個參數(shù)的偏差控制決定，落點散布大，一旦設計不當，存在出國境風險。因此，我們在系統(tǒng)設計上重點對系統(tǒng)運行軌道、離軌時刻、分離干擾減緩等進行了全要素設計優(yōu)化，確保了落點控制精準有效。

二是回收艙熱控由原來的被動熱控改為泵驅動流體回路的主動熱控，配套研制了目前最大的集熱冷板和密封艙大尺度外掛輻射器。為了匹配此重大更改，也研制了輻射器防護罩及其彈拋機構、流體管路壓緊釋放裝置等，這些新狀態(tài)、新產(chǎn)品的研制強有力地支撐了回收艙熱控預期能力的實現(xiàn)。

三是優(yōu)化了姿控和軌控推進系統(tǒng)配置。將原返回式衛(wèi)星的冷氣姿控推進更改為單組元肼推進，實現(xiàn)姿控、軌控統(tǒng)一推進系統(tǒng)，系統(tǒng)推進劑資源統(tǒng)籌使用。相應選用了12臺1N推力器作為姿控執(zhí)行部件，艙外布局進行了重新設計，降低了對微重力環(huán)境的不利影響，充分保障了微重力科學空間實驗的需求。

四是有效解決了系統(tǒng)狀態(tài)升級及復產(chǎn)問題。在系統(tǒng)設計上將原返回式衛(wèi)星遙測、遙控、程控、跟蹤等功能進行了整合。在衛(wèi)星研制中，跨領域選配成熟產(chǎn)品完成了數(shù)管、測控分系統(tǒng)配套，并開展了充分的系統(tǒng)集成設計、分析和測試，系統(tǒng)匹配性風險得到了有效控制。對返回特有產(chǎn)品進行了狀態(tài)確認、復產(chǎn)工藝鑒定及先期投產(chǎn)，有效掌控了復產(chǎn)質量風險。

五是有針對性地進行了衛(wèi)星平臺微重力環(huán)境保障設計和微重力采集系統(tǒng)研制。通過擾動部件合理布局和隔離，以及系統(tǒng)運行軌道高度優(yōu)選，從根本上保證了實驗微重力水平要求。同時，研制了多自由度分艙微重力測量裝置，可以根據(jù)實驗需求靈活設置實施微重力采集。

六是針對型號任務和技術特點，優(yōu)化了系統(tǒng)研制模式和流程。對于有效載荷產(chǎn)品研制，有針對性地編制了元器件、部組件及單機產(chǎn)品保證辦法。根據(jù)情況裁剪了研制流程，取消了初樣整星力學試驗和熱試驗，安排了8個針對關鍵環(huán)節(jié)的專項試驗，提高了效率，控制了成本，同時，技術風險也得到了有效控制。

記者：實踐-10研制隊伍是怎樣完成衛(wèi)星研制任務的？

總師：該衛(wèi)星雖然繼承了成熟的返回式衛(wèi)星平臺技術，但由于科學實驗任務多，科學需求變化多，技術狀態(tài)復雜，所以可以說，該衛(wèi)星是進行大量技術創(chuàng)新而成的1顆全新的衛(wèi)星。

3年多來，研制隊伍堅決貫徹落實上級單位的有關規(guī)定要求，克服困難，狠抓落實，主要做了以下工作：一是通過技術創(chuàng)新，提高平臺的微重力水平；二是優(yōu)化設計性能，提高衛(wèi)星的可靠性，滿足用戶要求；三是深入開展風險識別與控制，嚴格技術狀態(tài)控制，強化全過程質量控制，努力提高衛(wèi)星的品質；四是針對產(chǎn)品來源復雜的特點，實施差異化的管控，強化產(chǎn)品質量管理；五是創(chuàng)新研制思路，在研制經(jīng)費不足的情況下，盡可能簡化程序，優(yōu)化研制流程。

記者：我國第一顆返回式衛(wèi)星幾乎與東方紅-1衛(wèi)星同時研制，返回式衛(wèi)星已成為我國比較成熟的應用衛(wèi)星品牌。那么，這個品牌未來發(fā)展應用空間如何，還可能在哪些方面進行改進與提升？

總師：實踐-10微重力科學實驗衛(wèi)星的成功研制、發(fā)射和回收，說明作為一種可以安全回收、適應中短期在軌實驗、應用靈活、成本低廉的空間科學實驗平臺，返回式衛(wèi)星平臺能力有了新的跨越，包括回收艙熱控能力、微重力服務支持能力、在軌實驗遙操作能力、承載能力、射前處置能力等都實現(xiàn)了重大改進，應用結果完全符合預期，所以說這是一次成功的技術創(chuàng)新升級。

作為空間科學實驗平臺，返回式衛(wèi)星具有一些獨特優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：無人值守，具有更好的微重力水平，無整流罩發(fā)射適應射前操作能力好，在軌遙操作靈活便捷，可提供適時安全返回及留軌繼續(xù)實驗能力，系統(tǒng)規(guī)模適度工程代價低等。未來，將面向更低成本、更強服務能力、更高效研制模式等，進行跨越式創(chuàng)新升級，打造新一代可重復使用返回式衛(wèi)星，主要考慮如下：

一是構造大返回、小留軌方案。未來的衛(wèi)星平臺和有效載荷具有整體返回和近無損回收能力，通過產(chǎn)品可復用設計，提升平臺經(jīng)濟性。保有小留軌艙，用以支持中長期在軌實驗，具備豐富應用的靈活性。

二是增強承載及綜合服務能力。未來的單次任務支持可回收實驗載荷的承載能力將增加1倍以上，為此考慮選擇雙艙組合體構型，合理開設操作窗口，提供操作便利性。設置可展收暴露艙，專門用于空間輻射探測或輻射效應實驗。

三是提升微重力環(huán)境保障與測量能力。今后可對擾動部件或產(chǎn)品進行精細化布局隔離，同時優(yōu)化系統(tǒng)運行軌道高度，兼顧軌道部署成本，對微重力環(huán)境進行系統(tǒng)保障性設計，同時平臺系統(tǒng)全程按需提供微重力環(huán)境高精度測量，支持基于微重力數(shù)據(jù)的在軌遙操作。

此外，未來的返回式衛(wèi)星平臺能源供給將考慮在軌可補給方案，確保能源充足。它能適應短期或長期不同需求在軌實驗任務，提供可靈活選配、模塊化的電源方案，例如，高比能化學電池模塊、太陽電池陣-蓄電池模塊等。衛(wèi)星平臺熱控將以主動熱控為主、被動為輔，形成具有較寬泛外熱流及內功耗適應能力的健壯熱控。衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)服務及遙操作接口將進一步面向多次應用的規(guī)范接口和快速集成，在軌應用體驗進行定制?；厥占爸С炙阉髂芰⑦M一步提高，為實現(xiàn)多次可重復使用，回收系統(tǒng)必須能夠提供近無損安全可靠回收，傘系將進行增強減速能力，同時增強回收標位和通信能力。防熱結構將進行可維護性設計，支持維護后多次重復使用。

祁首冰/本文編輯

Interview with Zhao Huiguang， Chief Designer of SJ-10 Satellite