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卫星返回地球之路

2019-11-07 航天

卫星返回地球之路
 
根据卫星的不同用途,有的卫星在轨道上飞行一段时间后,需要返回地球,如照像侦察卫星、生物实验卫星等,它们在太空中观察到照片、数据、实验结果等,只有返回地球才能便于作进一步的研究分析。但是,要把送上太空的卫星再返回地球上来,又谈何容易!因此,返回技术是人类征服太空的一项重要本领,它在空间应用技术中占有相当重要的位置。迄今,只有美国、前苏联和中国掌握了这种技术,这些国家的航天科学家经过不懈努力,相继解决了太空飞行的这一难题。
 
50  年代未,美、苏突破卫星发射技术后,就开始探索卫星返回技术。1960
 
年  8 月美国“发现者”号卫星的返回舱从轨道上返回地面,首次回收成功。同年同月,前苏联发射载有两只小狗的“伴侣 5”号生物卫星,在绕地球飞行 18 圈后返回地球。卫星返回技术逐步成熟。这些返回式卫星的种类虽然不多,但在空间活动中却占有较大比重和重要地位,而且对于后来载人飞船、航天飞机的发展具有特别重要的意义。
 
卫星返回过程,大体上经历四个阶段:第一、卫星脱离运行轨道,进行制动飞行,要求制动火箭准确点火,使返回舱保持规定状态;第二、卫星在大气层外自由下降,在 100 公里左右的高度开始进入大气层,精确控制下降起始点的位置、高度、速度和方向;第三、卫星返回舱进入大气层急剧减速,同空气剧烈摩擦产生极高的热量,返回舱表面的最高温度可升高到摄氏 1 千度以上,因此要避免由于产生高温而烧毁;第四、卫星返回舱下降到 15 公里以下高度,用降落伞减速,在海上或陆地安全降落。这个包含了四个阶段的全过程表明,卫星要安全返回地面,星上必须装有测控系统、姿态控制系统、制动发动机、回收系统和返回防热系统。
 
美国和前苏联首先解决了卫星返回地面的技术难题。美国从 1959 年 2 月发射“发现者”号系列实验型侦察卫星,经过 12 次连续试验回收失败之后,才于 1960 年 8 月首次回收到“发现者”卫星的返回舱。前苏联于 1960 年 5 月发射“伴侣 4”号卫星,由于卫星姿态控制系统发生故障而回收失败,同  
年 8 月发射载有两只小狗的“伴侣 5”号卫星回收获得成功。
 
中国在卫星返回技术领域已经进入世界先进行列。1975 年 11 月 26 日,中国成功发射了第一颗返回式卫星,卫星于 29 日按预定计划返回地面。至今 17 年,中国连续成功发射和回收 13 颗卫星,全部按照预定计划在中国腹地预定地区安全着陆,取得了百分之百的成功率,在世界航天史上创造了一个奇迹。
 
中国研制返回式卫星始于 1966 年,经过近 10 年奋战,1975 年研制成功。第一颗返回式卫星在轨道上运行 3 天,取得了预定的遥感试验资料。由于设计上的原因,卫星在再入大气层的过程中,返回舱的裙部、部分电缆和仪器被烧坏,落点偏差较大,但它毕竟回到了大地的怀抱,回收成功。一年之后, 1976 年 12 月 7 日,中国第二颗返回式卫星升空,当绕地球飞行到第 47 圈时,地面遥控站发出姿态调整指令,返回舱和仪器舱顺利解锁分离,制动火箭点火,返回舱按预定轨道踏上返回地面的旅途。再入大气层后,控制器依次发出弹射引导罩、减速伞分离、打开主伞等信号,最后在四川境内预定落区回收。
 
那一天,一个卫星返回舱自天而降,落在山坡上一块菜地里。人们发现后惊奇不已,蜂扔而至,竞相围观这个天外来客。然后一架直升飞机紧跟而来,回收区工作人员赶到现场,将完好无损的返回舱安全运走。
 
中国返回式卫星的总设计师王希季说:“中国返回式卫星具有很高的准确性和可靠性。如果没有这个把握,谁也不敢采取陆上回收的办法,因为卫星在脱离轨道时的再入速度和再入角度失之毫厘,就会差之千里,稍有控制不当,卫星就可能掉进别国领土。”中国科技人员在设计时提出了严格的可靠性指标,要求元器件的失效率控制在万分之一、十万分之一甚至百万分之一的水平,因为一颗螺钉或一根导线的失效,都会使整颗卫星毁于一旦。星上设备必须保证高质量、高精度、高可靠性。
 
第一颗返回式卫星在综合测试时,发生控制卫星姿态的水平陀螺仪精度突然下降,但在短时间又立即复原。参试人员按照“严肃认真、周到细致、稳妥可靠、万无一失”的精神,不放过这个疑点,不留下任何隐患,细心检查,测出是一根导线松动,与陀螺外环上的一个配重块相撞,从而迅速采取措施,排除了这个可能导致严重后果的隐忧。此外,星上降落伞技术是卫星回收的关键之一,因为卫星降到离地面 10 至 20 公里的低空时,速度在每秒
 
200    米左右,相当于普通民航飞机的飞行速度,卫星若按这样的速度撞击地面,势必摔得粉身碎骨。科研人员花了 4 年时间,分别在不同环境下进行了
 
50  多次高空、中空、低空开伞降落实验,经过不断改进,掌握了降落伞规律,大大提高了卫星的安全可靠性,达到了返回舱落地完好无损的理想状态。
 
卫星回收,技术复杂,困难很多,而中国却成为世界上第三个掌握卫星回收技术的国家。这就充分表明,中国科技人员依靠自己的聪明才智和艰苦奋斗,完全能够攀登航天技术的高峰。
 
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