載人航天工程空間應用系統歷次飛行試驗任務

  中國的載人航天工程自從1992年立項,已經走過了艱辛而又光輝16個年頭。在他的每一次發射,都引起國內外的廣泛關注,成為中國人民引以為豪的重大事件。因為,載人航天工程不僅僅體現了中國航天技術成就,更重要的是通過航天空間應用成果,來全面展示了中國和平利用太空,促進人類先進科學技術發展的最新貢獻。

  開展空間科學與技術試驗研究一直是中國載人航天工程的主要任務之一,空間應用系統被列入工程七大系統之中,由中國科學院牽頭負責。在神舟1~6號飛行試驗任務中,院內外50余個單位承擔了應用任務,在空間對地遙感、空間天文觀測、地球環境監測、空間生命科學和空間材料科學、空間環境監測與預報研究等領域內實施了28項任務計劃,完成了201臺(不含備份件)有效載荷的全新研制, 259件產品參加了6艘飛船的空間試驗。建成了有效載荷集成測試系統、有效載荷應用中心和空間環境預報中心。開展了67個課題科學研究,攻克了70余項關鍵技術,創造了100多項具有自主知識產權的新技術、新方法,取得了6艘飛船全部應用試驗的圓滿成功。據不完全統計,有近110余項技術成果獲得國家專利;獲得國家級、部委省市各類獎項64個,有32個單位、68個人(次)榮獲國家特等獎、全國“五一勞動獎章”、求是基金獎、曾憲梓基金獎等各類獎勵;從1995年到2006年間全系統在國內外刊物發表論文超過1000篇,SCI論文近200余篇。在這些成果中需要特別提出的是:

  1.在神舟2號上采用了χ射線探測器、超軟χ射線探測器、γ射線探測器組成的寬能譜覆蓋空間天文探測器系統,進行了宇宙γ射線暴的探測并兼顧太陽耀斑高能輻射監測,經與全球GRB聯合觀測網絡數據對比后確認,探測到30余個宇宙γ暴,近100余例太陽硬。使我國在這一領域的研究步入國際先進行列,并得到國際同行的認可。

  2.在神舟3號上由太陽常數監測器、紫外光譜監測器及地球輻射收支儀組成的地球環境監測系統在軌進行了全球環境變化的定量監測,取得了太陽紫外光譜圖、地球大氣對太陽紫外輻射的后向散射光譜圖以及地球紅外、可見光輻射流隨時間變化的完整數據,對探測結果進行評估說明我國相應的探測手段已達到與國際同類探測絕對精度可比對的水平,我國自主研制的太陽常數監測器被世界輻射中心(WRC)列為世界比對標準設備,為有關研究工作進入世界先進行列提供機會。

  3.在神舟三號飛船上的成像光譜儀是進入空間的,為數不多的,世界先進的中分辨率成像光譜儀之一,在飛船壽命期間內,一直工作正常,獲去了大量遙感信息,從展示的863個圖像產品中,可以看出其圖像質量達到預期試驗目標,標志著我國在這一領域邁入了世界先進行列。

  4.神舟4號的多模態微波遙感器我國首次開展的航天微波遙感試驗,是該領域的重大突破。在系統原理和設計上體現了新原理、新方法、新技術,其中采用筆形波束掃圓錐描散射測量方案是我國最先研制這一體制的國家;采用厘米波到毫米波四波段共饋天線技術,在寬頻段饋源及偏饋拋物面設計、分波器、極化分離器等是國內領先技術,達到國際先進水平??臻g試驗獲得大量的高度模態、輻射模態、散射模態數據,相關應用部門進行了試驗性應用,并給予高度評價。

  5.在神舟5、6號上開展的對地觀測遙感器的應用研究,是個重大突破,使得我國在相關領域的信息獲取技術和應用研究技術都有了重大提升。

  6.空間生命及微重力科學實驗是我國利用載人航天工程首次開展成規模有計劃的空間微重力科學研究活動。

  a) 空間生命科學及生物技術領域研制了5套先進空間實驗裝置,開展了了16個課題研究。在實驗裝置設計和科學研究方面突破12項主要關鍵技術??臻g進行了32種樣品空間蛋白質結晶; 4種細胞培養; 2項細胞融合;生物大分子分離純化;涵蓋動物、植物、微生物、水生生物,從細胞、組織到生物個體、種群的17項空間生物學效應實驗研究。這些實驗都取得了重要研究成果。提升了我國系統開展空間生命及生物技術實驗能力和研究水平。

  b) 微重力流體物理學開展了7個子課題研究。對半浮區熱毛細對流、Benard-Maragoni對流、界面現象、多相流體、液滴遷移和動力學、微重力燃燒等微重力流體條件下的基本規律開展研究;研制了通用流體實驗裝置,采用了等厚干涉儀、液滴軌跡光學成像、示蹤粒子測量、溫度場測量等先進光學診斷技術設備。取得了國際上最成功的空間實驗,獲取到大量的科學實驗數據,實時流場和干涉圖像完整、清晰,為微重力流體物理科學研究提供了具有重要研究價值的第一手資料。成功地解決了國外科學家曾經失敗過的液滴注入過程中液滴大小控制和液滴分離技術,標志著我國在微重力科學實驗水平已提升到一個新臺階,進入世界先進行列。

  c) 空間材料科學研究,自主研制了2臺空間實驗裝置,開展了三元/二元半導體光電子材料、氧化物晶體材料和金屬合金/復合材料等的空間熔融再結晶,單晶生長、材料濕潤性、擴散性、定向凝固等11個子課題的科學研究。取得了若干新的研究成果,提高了該領域的研究水平

  7.空間環境監測,在神舟1~6號飛船分別配置了9種空間環境探測設備,對各類環境參數(包括高層大氣、高/低能帶電粒子、環境效應)進行監測,取得了豐富的探測數據,為飛船的軌道調整、安全防護提供了重要依據。

  8.為載人航天工程而建設的空間環境預報中心,為歷次神舟飛行試驗以及工程的設計研制提供了空間環境預報保障,發揮了重要作用,多次成功預報了具有災害性幾率的空間環境事件,從而最大限度地規避了航天風險事故的發生。目前已經形成了提供遠、中、近期預報,保障飛行試驗的安全的理論和技術基礎和預報機制。成為國際上為數不多的,我國的重要航天支持系統,并推動了空間環境及相鄰學科的基礎研究發展,使我國在這一領域進入國際先進行列。

  9.載人航天工程支持下建立起來的有效載荷應用中心,是世界上為數不多的空間科學與應用技術的地面技術支持系統。從1999年建成到現在已經圓滿完成了神舟1~6和雙星、實踐5號、8號等多次空間試驗應用任務的在軌運行控制與管理以及應用系統高速數據接收、傳送和處理、加工,形成為各類用戶服務的初級產品,為了開展載人航天二期工程,中心設備已經進行了部分改造和升級,人才隊伍齊備,成為我國載人航天工程中,比較成熟的的重要地面支持系統。

  空間應用系統一期工程中所取得這些成果已經在相關領域和部門發揮效益,若干新技術、新成果得到推廣應用。

  2005年4月中央專委正式批準載人航天工程二步一階段任務正式啟動,空間應用系統在取得一期任務圓滿成功的基礎上,在全國空間科學與應用技術領域內,進行了廣泛的任務論證,部署了后續任務的計劃安排。神舟7號是二步一階段的首次飛行試驗,在保障航天員出艙活動主任務的前提下,利用有限資源條件,空間應用系統本著對發展我國載人航天事業有直接支持作用的項目開展試驗,力求取得重大突破,為推動我國的載人航天事業、瞄準國際科學技術前沿發展我國的空間科學與應用技術研究做出新的貢獻。

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