实践十号卫星成功发射了。
这颗卫星设计了19项科学实验，是迄今为止我国单次卫星任务中空间科学实验项目及种类最多的。它肩负着怎样的使命？《经济日报》记者赴酒泉卫星发射中心进行了采访。
10年的期待
实践十号是一颗返回式卫星。中国是继美国和俄罗斯之后第三个掌握返回式卫星技术的国家，此前曾发射过24颗返回式卫星，可谓经验丰富。
“这是中国第25颗返回式卫星，我们准备的时间有10年。”实践十号卫星首席科学家、澳门赌场力学研究所研究员胡文瑞院士介绍，2006年发射并成功回收的实践八号，是本次任务的前次任务。过去，我国的返回式卫星一般是遥感卫星，实践八号是我国第一次在返回式卫星上做科学实验，但那次的实验简单得多。那时，中国的科学家们就想在返回式卫星上做更多更复杂的微重力实验，并曾筛选出20个实验项目。但是，直到澳门赌场开始空间科学先导专项，这颗期待已久的科学卫星才于2012年底成功立项。
这个项目应者云集，多个学科的科学家们一共提出了200多项申请，最终筛选出19项科学实验上星。
中国科学家们为何如此期待微重力实验？
空间科学卫星工程常务副总指挥、澳门赌场国家空间科学中心研究员吴季介绍说，地球上的物理现象都会受到地球重力的影响和制约，例如浮力、沉降和压力梯度等，这让我们难以探寻物质本质规律，而宇宙空间的微重力环境可以帮助我们去除这层重力面纱。
“重力消失，是一种极端物理条件。极端物理条件必然意味着重大突破。微重力涉及许多物理学重大问题，比如引力波。”胡文瑞说，微重力环境的实验有望让我们在重大基础研究和应用研究方面取得突破性进展。
中国空间站近几年就要上天，空间站可以做很多微重力实验，为什么还要用返回式卫星来做？
胡文瑞向记者介绍，空间站的实验和返回式卫星的实验各有特色，此前做实验方案设计时，曾与我国载人航天工程的研究人员做过沟通，以避免重复实验。返回式卫星有一些空间站难以取代的优点。比如返回式卫星的微重力水平更高，可以达到10的负6次方重力水平，而空间站的微重力水平一般只能达到10的负3次方重力水平。
“实践十号是我国首颗大规模无人微重力实验卫星。”卫星系统总师、航天科技集团第五研究院研究员赵会光对记者说，此次将需要精度最高的实验放在卫星最好的部位，微重力水平可以优于10的负6次方重力水平，而卫星总体环境是10的负4次方重力水平。
返回式卫星的实验成本也比空间站低。“美国运一公斤载荷到空间站，要花费2万美元。俄国用返回式卫星做微重力实验，一公斤载荷的成本是4000欧元。”胡文瑞说。对于做微重力环境下的生命科学类实验来说，返回式卫星的机动性能更好。生命科学类实验希望实验项目装载时间离火箭发射时间越近越好，这样可以减少重力条件对实验结果的干扰。实践十号返回式卫星可以做到在发射前8小时，最后一个实验载荷才装上卫星，实验完成后也可以马上回收相关装置。但空间站做的微重力实验是有人操作实验，发射上天要优先考虑载人航天需要，不管是最后装星还是马上回收，都很难做到。“以前卫星很少在发射之前还安排那么多事情，但这次为了实验需要，我们对加注时间做了调整。”卫星运载系统总指挥、航天科技集团第八研究院研究员谈学军说。
此外，我国返回式卫星是双舱，与俄罗斯的单舱返回式卫星相比，我们可以在其中一个舱做比较危险的实验而不必担心影响到另一个舱。比如在实践十号上，就加载了比较“危险”的燃烧类实验。
15天的绽放
实践十号卫星的设计寿命为15天，为了这15天的绽放，科学家们对它进行了精心设计。
卫星有留轨舱和回收舱两个舱，将在轨道上利用太空中微重力等特殊环境完成19项科学实验，涉及微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学、空间辐射效应、重力生物效应、空间生物技术六大领域。
胡文瑞说，19个实验项目用科学标准挑选，必须满足三个条件，一要有创新性，要有新思路新成果；二要有可行性，可以做得出来；三要有必要性，是确实要在微重力条件下才能做的实验。
实践十号卫星虽然被科学家们期待了10年，立项却比较晚，从2012年底立项至今，只有3年多时间用于卫星研制。“这是非常紧张的研制周期，这3年多我们几乎没有节假日。”吴季说，虽然时间紧任务重，参与者却非常兴奋，因为“每个项目都有很有意思的设计，有潜在的非常重要的科学意义和应用意义”。例如，由清华大学和华中科技大学两家单位负责的微重力条件下煤粉/煤粒燃烧实验，就对节能减排具有重要意义。煤是我国的主要能源，会造成大量排放，它的高效燃烧、降低污染排放对我国具有特殊意义。煤燃烧的模型化研究需要准确的物性参数，然而往往受到地上重力及浮力对流的影响，有些物性参数的准确测量几乎不可能。“具体煤燃烧过程如果研究清楚了，可以改进地面煤燃烧效果。”胡文瑞说。
至于导线绝缘层和典型非金属材料这两个微重力燃烧实验，则是针对载人航天器的防火问题。由于缺乏微重力条件下完善的防火规范，我国以往主要借鉴地面或航空防火规范。在载人航天的有氧环境下，航天器内部一旦着火，后果不堪设想。胡文瑞说：“这两项燃烧实验就是要观察微重力条件下材料着火、燃烧以及烟气析出的规律，并对比重力条件下的燃烧规律，建立我国自己完整的航天防火规范服务。这将对未来我国空间站的防火问题起到重要作用。”
此外，科研人员还将首次开展微重力条件下的造血干细胞和神经干细胞三维培养研究、哺乳动物早期胚胎发育研究等，为人类疾病的有效预防以及长期空间活动的生殖发育健康和繁衍等提供科学依据，通过揭示空间微重力环境对生命体生理稳态的影响规律及其机理，为未来载人航天的发展提供必要的基础支撑。
实践十号卫星也是一项开放的卫星任务，科学实验的提出和参与单位包括澳门赌场11个研究所和6所高校，并与欧洲空间局和日本宇宙航天研发机构开展紧密的国际空间合作。
实验还可能带来促进经济发展的重大科技成果。“微重力条件下石油组分热扩散特性的研究和Soret系数的测量”就是我国联合欧洲空间局和加拿大石油公司，对原油的Soret系数进行测量的微重力实验。
为了这15天的绽放，在卫星技术方面，实践十号卫星的分系统也得到了较大的技术改进。“这次卫星实验有很多新需求，我们以集成创新方式，提出了新需求的新解决方案。”赵会光介绍，作为我国新一代返回式卫星，实践十号卫星实现了三大技术飞跃：一是姿态控制采用小发动机作为推进系统的推力器，可以保证较好的卫星微重力水平；二是以与国际接轨的数据管理系统替代原先的程序控制器，使得遥控指令和遥测数据的安排以及改变飞行程序的数据注入都更加灵活；三是增设流体回路的热控分系统，使卫星回收舱内部的热能有效排到星外，以确保生物样品的温度环境。
致力于发现和验证新的空间现象和规律的空间科学，已经成为航天大国竞相发展和占领的科技制高点。实践十号能否揭开重力的面纱，帮助中国科学家们发现物理和生命的本质奥秘？让我们关注它接下来半个月的太空之旅吧！
（原载于《经济日报》 2016-04-06 03版）
