科學實驗當先鋒
—訪實踐-10衛星總設計師趙會光

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，記者采訪了該衛星總設計師趙會光。

記者：祝賀實踐-10衛星回收成功，這是我國首顆專門用于空間科學實驗的返回式衛星，請您介紹一下實踐-10衛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星中唯一一顆返回式衛星，于“十二五”期間立項研制，該衛星也是我國發射的第25顆返回式衛星。該衛星任務使命是承載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。衛星的科學目標主要有兩項：一是研究微重力環境中物質運動規律、重力變化對運動規律的影響（10項實驗）；二是研究空間微重力、輻射環境下生命活動和生物學過程規律（9項實驗）。19個實驗項目中，回收的11項，不回收的8項。衛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，在衛星平臺電源允許的情況下，根據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射的返回式衛星主要承擔對地觀測、測繪和育種等任務，實踐-10衛星的任務有什么特點？

總師：這顆衛星確實與我們以往研制的返回式衛星有很大的不同，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品、軟件/現場可編程門陣列（FPGA）配置項等，不確定因素多，技術狀態變化多。

二是科學需求變化多，對衛星平臺能力要求高。實驗載荷對衛星平臺在熱控、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，因而帶來衛星平臺技術狀態更改大，研制難度顯著增加；產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。

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

四是重大技術狀態變化多。與原返回式衛星相比，該衛星存在較多重大技術狀態的變化，這些變化涉及大系統方案、系統方案、分系統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、耐沖刷數傳天線等技術狀態，需要合理確定方案，開展專項分析和驗證；此外，也存在原返回式衛星平臺產品近10年未投產的情況，衛星面臨產品設計、工藝、保障條件恢復等眾多難題。

五是固有單點環節多，風險管控要求高。科學實驗載荷研制人員既是科學家，又是工程師，工程經驗不足，所以載荷不確定因素多，技術狀態變化多；衛星與地面應用等系統間接口復雜；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；有效載荷正樣產品交付技術狀態較復雜。

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，需要衛星系統協同發射場、運載、測控回收、科學應用和支撐系統予以保障，并實施針對性演練和驗證。

記者：返回式衛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星。19項空間微重力和生命科學實驗項目對返回式衛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星的能力。比如，衛星的回收艙安裝有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星以彈道再入方式返回再入的回收落區。這對于返回式衛星是突破性的。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，我們在系統設計上重點對系統運行軌道、離軌時刻、分離干擾減緩等進行了全要素設計優化，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、新產品的研制強有力地支撐了回收艙熱控預期能力的實現。

三是優化了姿控和軌控推進系統配置。將原返回式衛星的冷氣姿控推進更改為單組元肼推進，實現姿控、軌控統一推進系統，系統推進劑資源統籌使用。相應選用了12臺1N推力器作為姿控執行部件，艙外布局進行了重新設計，降低了對微重力環境的不利影響，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狀態升級及復產問題。在系統設計上將原返回式衛星遙測、遙控、程控、跟蹤等功能進行了整合。在衛星研制中，跨領域選配成熟產品完成了數管、測控分系統配套，并開展了充分的系統集成設計、分析和測試，系統匹配性風險得到了有效控制。對返回特有產品進行了狀態確認、復產工藝鑒定及先期投產，有效掌控了復產質量風險。

五是有針對性地進行了衛星平臺微重力環境保障設計和微重力采集系統研制。通過擾動部件合理布局和隔離，以及系統運行軌道高度優選，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，優化了系統研制模式和流程。對于有效載荷產品研制，有針對性地編制了元器件、部組件及單機產品保證辦法。根據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個針對關鍵環節的專項試驗，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星研制任務的？

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

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

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

總師：實踐-10微重力科學實驗衛星的成功研制、發射和回收，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新升級。

作為空間科學實驗平臺，返回式衛星具有一些獨特優勢，主要體現在：無人值守，具有更好的微重力水平，無整流罩發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實驗能力，系統規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，進行跨越式創新升級，打造新一代可重復使用返回式衛星，主要考慮如下：

一是構造大返回、小留軌方案。未來的衛星平臺和有效載荷具有整體返回和近無損回收能力，通過產品可復用設計，提升平臺經濟性。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。

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

此外，未來的返回式衛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。衛星平臺數據服務及遙操作接口將進一步面向多次應用的規范接口和快速集成，在軌應用體驗進行定制。回收及支持搜索能力將進一步提高，為實現多次可重復使用，回收系統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