青少年科普知识枕边书:航天知识全知道-卫星的“回家路”
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    通信、导航、气象等卫星在发射入轨之后,便会自始至终飞行在太空中,但侦察卫星、科学实验卫星就不一样了,它们需要将获得的情报、携带的实验品送回到地面。要想让已经飞上太空的卫星“回家”,需要掌握一种比卫星发射更为复杂的技术——卫星回收技术。

    回收卫星需要解决四大技术难题。第一,卫星返回之前先要调整飞行状态,即脱离原来的运行轨道。卫星脱离原有轨道的速度叫作再入速度。再入速度与地平线所形成的俯角称为“再入角”。卫星重返地球对再入角的要求十分严格,一般在3—5度。如果太大,卫星将会陡直地进入大气层,引起较大的空气阻力和摩擦加热;如果太小,则卫星将仍在原轨道上运行。再入速度与再入角都靠一枚小型助推火箭来控制。火箭的点火时间、推力方向、推力大小与时间长短都会影响到再入速度和再入角的准确度。这就要求有灵敏而可靠的火箭制动发动机。第二,卫星在降落过程中,要摩擦生热。尤其是当它降到离地面60—70公里时,与大气层摩擦产生大量的热能,使其表面发生燃烧。为此,必须采用适当的防热设施,来保证回收舱在再入大气层时能够维持内部的正常温度。这就需要有特殊的耐高温材料。第三,卫星返回地面需要很长的运行区间,必须不间断地对卫星进行精确测量和全程跟踪,并根据实测轨道参数对卫星的程序控制数据进行必要的控制和管理,为此就要建立更大范围、更多功能的地面测控网。第四,卫星降落到离地面10—20公里时,尽管速度已经大大减小,但仍然达到200米/秒左右。如果以这样的速度撞击地面,卫星必然粉身碎骨。因此,必须使用减速伞来再次降低速度。通常先要打开一顶较小的副伞,初步减速;当卫星降落到离地面只有5公里的高度时,再打开主伞,使卫星速度小于10米/秒。降落伞的打开必须非常准时,否则卫星就不能够安全着陆。

    早在20世纪50年代末,美国和苏联在突破卫星发射技术后,就开始探索卫星返回技术。中国返回式卫星的研制工作是从1966年开始的。在攻克了卫星姿态控制技术、卫星再入防热技术和卫星回收技术等一道道难关后,1975年11月26日,中国第一颗返回式卫星由“长征”二号运载火箭发射成功。它在轨道上运行了3天,11月29日按预定时间返回了中国大地。一年之后,1976年12月7日,中国第二颗返回式卫星升空,当它绕地球飞行到第四十七圈时,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。

    返回式卫星的成功使中国成为继美、苏之后世界上第三个掌握返回式卫星技术的国家。这项技术在当时可以说是一道世界难题,就是在今天掌握它的国家也寥寥无几。为此,美国曾耗费了12颗卫星失败的高昂代价,苏联也同样支付了13颗卫星的学费,而中国则少得多。

    知识链接

    我国已成功发射并回收了20多颗返回式卫星,在资源调查、地图测绘、地质调查、铁路选线和考古研究等方面获得了丰富的资料。同时,这些返回式卫星还为国内外用户进行了100多项微重力和空间环境条件下的材料、生命科学实验以及农作物种子搭载等试验,均取得了可喜成果。

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