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中国的SJ-10可恢复的微重力卫星

*通信:

胡的车手、工程科学、中国科学院大学Beijing100190,中国,电话:+ 86-10-62558226;电子邮件: (电子邮件保护)

文摘

程序SJ-10是科学卫星项目的战略重点研究项目在空间科学,中国科学院,并于2016年4月6日。有完全19科学有效载荷。其中,有两个多任务负载,一个是多功能炉为8材料研究任务,另一个是载荷的三维细胞培养研究神经干细胞和造血干细胞。返回式卫星主要由两个胶囊:可恢复胶囊是恢复4月18日,2016年的所有载荷生命科学除了有效载荷的多功能炉和有效载荷的测量原油俗系数(SCCO),和一个un-recoverable胶囊持续8天的额外工作的其他生理载荷。实验通过指令,所有的实验数据都受到近乎实时的地面站。分析的数据和可采样品实验项目的团队。返回式卫星SJ-10的发展,表现在太空任务,提出了恢复过程。

关键字

科学卫星;SJ-10;微重力科学;空间生命科学;可恢复的卫星

介绍

程序SJ-10是科学卫星项目的战略重点研究项目在空间科学,中国科学院。也是中国第一个微重力科学卫星的空间科学的第12个五年计划;此外,中国的25颗返回式卫星。SJ-10卫星的主要任务是促进微重力科学的发展空间通过空间生命科学实验住在轨道卫星的胶囊和恢复胶囊。共19项的空间科学实验覆盖微重力流体物理、微重力燃烧、空间材料科学、空间辐射效应,重力生物学效应,空间生物技术,进行了卫星。2006年,中国国家航天局择机发射发起全面展示空间科学试验通过颗返回式卫星。中国返回式卫星是一个有用的设施空间微重力实验在相对较长时间,并安排执行1980年代末以来微重力实验(1]。系统的微重力试验机上完成中国返回式卫星SJ-8 un-recoverable胶囊2006年8月启动(2]。然后SJ-10微重力卫星准备20空间实验选择来自200多个应用程序。然而,过程已经停了一些原因,整天都通过改变管理空间科学和空间科学卫星的中国国家航天局择机发射,中国科学院国家空间科学中心(中科院)和详细的政府事务/ CAS在2010年代早期。2010年,SJ-10所采用的战略重点研究项目在中国科学院空间科学,然后工程就开始了。2012年9月,择机发射组织专家审查的科学目标和有效载荷配置。2012年10月,组织和举办了一个会议准备SJ-10恢复科学卫星项目的开始。2012年12月,SJ-10卫星项目开始。SJ-10卫星被选中的4科学卫星支持的战略先锋研究项目在中科院空间科学在“12^th中国五年时期”(2011 - 2015)。科学的设计(3],科学有效载荷研究[4)和卫星执行已分别于2013年和2015年完成。

SJ-10可恢复的科学实验卫星是专门用于太空微重力科学和空间生命科学实验,由长征2 d发射运载火箭在酒泉卫星发射中心在北京时间1:38:04,2016年4月6日。发射取得圆满成功的卫星被送到一个圆轨道高度255公里。在4月18日,11个有效载荷和生物实验样本由复苏囊SJ-10 Siziwangqi内蒙古并返回到地球。其他8有效载荷的跟进和扩大实验的微重力流体物理和《燃烧科学进行了铁路箱,直到4月25日。到那个时候,20天的空间科学实验(5]。中国SJ-10项目正式开始在12月31日,2012年,它将使用长时间提供的微重力环境和空间辐射条件SJ-10返回式卫星、空间实验和样品的技术手段恢复分析方法。程序集中在基本和微重力物理和空间生命科学的前沿问题,无法模拟的地球上。这些实验选择来自200多个应用程序。所有材料的生物有效载荷除了炉过程和俗的载荷系数测量机上可恢复的胶囊,和其他载荷的流体物理、复杂的液体,燃烧的机载un-recoverable胶囊SJ-10卫星。该卫星的发射是8小时后过去生物负载灌输给卫星来保证有限的生物样品的地球引力的影响。

微重力科学和生命科学的研究

微重力科学实验研究将抓住发展的前沿国际微重力science-microgravity流体物理、微重力燃烧科学、材料科学和空间。重要的是要理解空间的重要物理过程在长时期除了短地面微重力实验扩大明显认知的法律体育运动在微重力的极端环境。本研究包含:各种关于对流过程,自组织和相变;传热传质规律;材料点火、燃烧规律,煤在微重力燃烧机理;增长和新材料样品在微重力下的凝固过程。改进和优化的工程流体和热表面和空间能源机械、材料加工和技术、高质量的材料很难生长在地面重力场,它还可以提供科学依据和基础数据载人航天器的安全,能源和减排。

生命科学实验研究将掌握国际前沿发展的空间和生命科学的基础,空间辐射效应,重力生物学效应,空间生物学技术和基于空间在这个特定环境的必要性,认识到这一重要的生物过程和理解的基本法律在有限的目标上面的三个空间生命科学有限目标:

•生命活动的理论基础建立的植物,动物,微生物和其他生物。

•显示重要的生物过程的分子机制在微重力和空间辐射环境。

•应用于胚胎发育早期,干细胞生长/分化,3 d组织建设。

这些实验的科学目的总结如下:

•促进流体物理学的基础研究实验,复杂流体动力学和生物学。

•支持载人航天飞行消防安全研究。

•以改善人类的生活健康通过生物技术研究;和

•开发高科技煤炭燃烧实验,材料处理和生物技术。

所有28的列表空间实验机上SJ-10微重力卫星,和两个典型设施微重力物理和空间的照片生物学分别如下所示:

微重力流体物理

•微重力a_11空间蒸发和流体物理实验流体界面效应(EFILE) (图1),π:Q.S.刘(本月机械。,CAS)。

•热蒸汽泡在池沸腾的动力学行为(SOBER-SJ10), PI:参考赵(本月机械。,CAS)。

微重力复杂流体动力学

•相分离和动态集群颗粒气体、PI: '侯(本月物理。,CAS)。

•研究胶体组装、PI: Y.R.王(本月机械。,CAS)。

微重力燃烧

•研究点火,烟尘排放和烟雾分布线输电线的过载,PI: j•香港(本月Eng。Thermophys, CAS)。

•调查的煤颗粒燃烧和污染物的形成特征在微重力下,PI: h·张(清华大学)。

•调查的外套粉在微重力燃烧和污染的形成特点,PI: M.H.徐(华中科技大学)。

•在微重力点火和燃烧的固体材料,PI:旧金山那里王(本月机械。,CAS)。

空间材料科学

凝固、晶体生长空间π:X.W.张;(本月et al。半导体,中科院;等等)。

•空间高性能热电半导体的合成和表征;

•空间稀释磁性半导体的增长。

•InAsSb在微重力条件下的生长和性能。

•面积的增长率,数值模拟和描述InGaSb三元光电晶体;

•空间凝固和缺陷控制的超级合金单晶。

•在融化的锡基合金的界面现象。

•合成金属基复合材料的自蔓延反应在微重力环境。

•准备和润湿性氧化铝/基复合材料的性质。

辐射生物制剂

•分子生物学的机制生物学空间辐射诱变,π:Y.Q.太阳(大连海事大学)。

•角色的空间辐射对基因组DNA及其遗传效应,PI: H.Y.挂(本月,生物物理学,CAS)。

•空间环境对家蚕胚胎发育的影响和机制的突变,PI: Y.P.黄(本月。植物生理学和生态学,CAS)。

重力生物制剂

•生物效应和信号转导生物学微重力刺激的植物(图2),π:高家俊Cai(本月。植物生理学和生态学,CAS)。

•生物力学的大规模运输微重力下细胞相互作用、π:m长(本月机械。,CAS);

•Photoperiod-controlling拟南芥的开花大米在微重力,π:H.Q.郑(本月。计划生理生态学,CAS)。

生物技术

•三维细胞培养的神经干细胞细胞在太空,π:J.W.戴(本月。遗传学和发育生物学,CAS)。

•三维细胞培养的造血阀杆细胞在太空,π:y赵(本月,动物学,CAS)。

•小鼠早期胚胎的发展空间,PI: E.Q.段(本月,动物学,CAS)。

•潜力和分子机理,从人类骨骼间充质干细胞成骨分化,PI:参考王(浙江大学)。

所有实验完成的空间过程,实验操作技术调整的指令。获得的实验数据和图片的结果为近实时的π(几个小时的延迟)的实验操作。可恢复的样本被送往科学家只有几小时后则可恢复胶囊恢复在地上。八个空间材料科学实验完成了多功能炉。熔点的温度是800°C的一些样品。然而,真正的炉内最高温度只有略超过600°C由于小暑漏炉。因此,只有一半的八个实验成功完成。一般来说,实验机上SJ-10卫星成功,和初步的科学结果后将完成研究工作实验室在不久的将来。

颗返回式卫星的SJ-10

颗返回式卫星是一个非常有用的宇宙飞船微重力实验(6],SJ-10的卫星是中国的25颗返回式卫星。SJ-10卫星所示的结构图。3。

SJ-10卫星飞行的圆形轨道255公里,及其主要参数给出表1。

表1:参数SJ-10卫星。

tele-science的方法是在实验期间使用。空间实验由飞行控制系统如下,和π在实验期间可以调整实验参数。卫星计划发展将36个月,和阶段安排如下:

方案设计阶段(2013年1月1日至2013年9月29日)

•通过详细分析各种负载的要求,充分考虑的所有卫星的有效载荷和相关约束,需要建立有效的加载服务和支持系统。

•确定负载和负载的服务,支持系统和卫星机电接口,和负载和负载的服务,支持系统电气接口。

•验证测试所涉及的关键技术,开发计划,以满足负荷的需求。

原型阶段(2013年9月30日至10月31日,2014)

•一个有效负载和负载服务和支持系统原型样品产品开发、环境测试完整的产品识别水平。

•负载子系统调试,在桌面卫星系统的联合调试电气部分。

飞行模型阶段(2016)2014年11月1日至4月6日

•一个有效负载和负载服务和支持系统原型样品产品开发,完成验收标准环境测试。

•负载调试系统,飞行模式后的整体交付,不同调试的飞行模型,各种测试在离开工厂之前,包括发射地点。

飞行测试阶段(2014年4月6日到2016年4月21日)

•飞行的轨道设计。

•执行空间科学实验,并将科学数据传输到地面站。

•分析科学数据实时的空间实验。

•分析可回收设施的科学成果。

SJ-10卫星根据先前的复苏卫星11功能系统包括有效载荷、电力系统、家、测控、数据处理、推进、结构系统、热力系统,恢复系统,工程测量和天线系统。载荷分为两个部分,一个部分称为载荷子系统连接平台和科学设备的支持,而另一部分称为实验子系统驱动实验操作。根据实验要求,我们重新设计了许多系统和创新产品,然后是卫星与之前的焊相比有大改进卫星(6]。然而,有许多改进SJ-10卫星技术,简要如下:

•选择Siziwangqi作为复苏卫星最初的着陆地点。SJ-10再入弹道类型的可恢复的胶囊。精确着陆分布是通过纠正错误的手段控制约15初始再入参数,也完成了快速搜索和恢复。

•最初采用主动热控制技术在康复胶囊。满足压实的有效载荷安装恢复胶囊和高功率的高精度温度控制成本的有效载荷,我们采用了一个活跃的热控制方法结合热量积聚冷面板和散热器。

•采用初始低推力驱动器恢复卫星上。推进系统配置1 N推进器和优化布局的推进器,是改善微振动环境。

•平台微重力环境的设计和微重力数据采集系统的开发。我们保证了微重力水平通过优化布局和移动部件的分离和选择更高的轨道高度。同时我们开发了水轮机自由细分微重力测量设备,这为微重力数据采集提供了灵活的操作。

提到的4个方面,卫星系统开发了多种技术产品,如大规模的热量积聚面板中,散热器和pop-throw辅助设备,高精度微振动数据采集系统,管道连接两个胶囊收紧和释放设备和天线罩。对实验的要求,卫星系统采用多模型数据处理系统和指令控制系统,然后为实验操作提供了灵活性,支持远程操作的能力。的载荷有许多不同的需求测试,样品安装和恢复支持、卫星系统优化的接口和程序履行multi-batch有效载荷安装。最新的有效载荷安装启动前5个小时。支持19个科研项目,属于6微重力科学和空间生命科学的科学领域,卫星系统基于成熟的复苏卫星平台我们创新系统设计、规划、安装、高精度温度控制,保证微重力水平,远程操作,自主操作和控制、工程和科学的数据处理。通过专业发展和精心操作,卫星系统成功地完成了任务,表现很好。

表现在太空任务

热控制

密封舱的温度是20°C在太空飞行的开始,拒绝与β降低电力成本和不同载荷和稳定的10°C的使命。温度是8°C ~ 22°C在整个任务满足设计要求。在轨道运行阶段,流体循环系统恢复胶囊效果很好。混合点的温度控制在20°C在轨道运行阶段和修改返回前10°C时14 h。的温度载荷在复苏胶囊稳定在21°C ~ 23°C,并拒绝10°C ~ 13°C计划,满足5°C ~ 35°C的设计要求。降落后,温度载荷的复苏囊约15°C ~ 17°C和5°C上升相比,轨道的末尾阶段。温度稳定的电力成本和样品之间的最优状态冻结,满足任务要求。

微重力水平

总准稳态加速度约1.2×10⁶克造成的大气摩擦和潮汐的力量。准稳态加速度是10⁶g - 10⁵g态度推进器工作时,不要超过3×10⁵g造成的姿态角速率。硅微重力SJ-10卫星安装2多渠道灵活传感器为了实现微振动频率降低300 Hz准确的数据。微振动(0.1赫兹到300赫兹)水平比1.5×10³g在整个任务。广泛的微振动测试结果阶段显示了微振动峰值约7×10⁴g, 2×10⁶g和8×10⁵g球迷所引起的加压胶囊,热控制阀和陀螺仪单独行动。最重要的是,这个平台准稳态微重力水平低于10⁵g,这比要求从卫星及其应用(比10³g)。

卫星时间系统

时间系统整个任务期间表现良好。卫星地面时间误差精度±1 s轨道阶段和±2 s在广泛的阶段。

权力

SJ-10采用high-mass-energy-ratio化学电池提供平台和有效载荷的电力需求。8电池平行提供丰富能源有效载荷。有效载荷成本39啊在启动阶段,5058在轨道阶段啊,1750啊在广泛的阶段。有效载荷的19项消耗6808啊完全在整个任务。从注入对可恢复胶囊返回轨道,电池堆稳定在27.69 V的电压,满足设计要求。电池堆的电压下降到22.65 V的粗放阶段,每个电池放电870啊。

经济复苏的过程

复苏太空舱降落在下午4月18日(图。4)。研究小组到达的地方可恢复胶囊降落在16,然后检查和处理恢复胶囊。经济复苏囊降落在一个好的状态而不变形。胶囊是完好无损,烧蚀结构正常,胶囊表面显示紧凑和黑色没有鳞片。在卸货港处理后,胶囊被送往领域复苏组了载荷和科学样品通过直升机。恢复组19科学设备的删除完成并移交他们的科学家和客户。

结论

返回式卫星空间微重力实验是一个非常有用的工具。中国返回式卫星是一个有用的微重力物理基础设施和空间生命科学,和微重力实验卫星SJ-10于4月6日,2016年4月18日2016年和恢复成功。中国第一颗返回式卫星在1975年推出,和23返回式卫星已经成功启动和恢复。24^th颗返回式卫星是专门为空间微重力实验的微重力生物物理和空间,这是决定项目SJ-10,所有的实验设施,经营的很好。

SJ-10计划2008年开始择机发射阶段的选择空间实验,工程准备的空间技术和科学设施的设计。不幸的是,该项目被暂停工程开始前的阶段。SJ-10程序关机和重新组织的战略重点研究项目在空间科学,自2011年以来,中科院,现在一步一步完成的工程阶段。地面科学理论和实验研究,分析了空间实验数据和图片都在进步。预计的空间实验结果将给许多丰硕的科学研究结果在微重力科学和空间生命科学在不久的将来。

确认

本研究支持经济的战略重点研究项目在空间科学,中国科学院的资助下XDA04020000和国家自然科学基金。

引用

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