返回式衛(wèi)星

返回式衛(wèi)星，指在軌道上完成任務(wù)后，有部分結(jié)構(gòu)會返回地面的人造衛(wèi)星。返回式衛(wèi)星最基本的用途是照相偵察。比起航空照片，衛(wèi)星照片的視野更廣闊、效率更高。早期由于技術(shù)所限，必需利用底片才能拍攝高清晰度的照片，因此必需讓衛(wèi)星帶同底片或用回收筒將底片送回地面進(jìn)行沖灑和分析。各個航天大國都曾利用返回式衛(wèi)星作軍事偵察及國土普查用途?，F(xiàn)在由于可從衛(wèi)星上直接傳送影像數(shù)據(jù)到地面，返回式衛(wèi)星的功能又演變?yōu)檫M(jìn)行需要回收實(shí)驗(yàn)品的空間試驗(yàn)室。

通常，衛(wèi)星發(fā)射入軌之后，就在太空執(zhí)行任務(wù)，并不需要返回地面。如通信、導(dǎo)航。

中國是最早掌握返回式衛(wèi)星技術(shù)的國家，從1975年發(fā)射第一顆返回式衛(wèi)星至今，中國已發(fā)射了超過14顆（截止到1992年）返回式衛(wèi)星，搭載了數(shù)百個微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，其試驗(yàn)成果已經(jīng)應(yīng)用于新材料的研制生產(chǎn)、新藥品的制造以及農(nóng)作物新品種的栽培等方面。

使衛(wèi)星順利從太空返回需要解決一系列復(fù)雜的技術(shù)難題。這些問題主要包括衛(wèi)星的調(diào)姿、制動、防熱、軟著陸、標(biāo)位及尋找等等。

首先，衛(wèi)星返回之前先要調(diào)整飛行狀態(tài)，即脫離原來的運(yùn)行軌道。衛(wèi)星脫離原有軌道的速度叫做再入速度。再入速度與地平線所形成的俯角稱為再入角。衛(wèi)星重返大地對再入角的要求十分嚴(yán)格，一般須在3~ 5度。因?yàn)槿绻蟠?，衛(wèi)星將會陡直地進(jìn)入大氣層，會引起較大的空氣阻力和摩擦加熱；如果大小，則衛(wèi)星將仍在原軌道上運(yùn)行，再入速度與再入角都靠一支小型助推火箭來控制?；鸺狞c(diǎn)火時間、推力方向、推力大小與時間長短都會影響到再入速度和再入角的準(zhǔn)確度。這就要求有靈敏而可靠的火箭制動（反椎）發(fā)動機(jī)。

其次，衛(wèi)星在降落過程中，要摩擦生熱。尤其是當(dāng)它降到離地面60一70千米時，與大氣層摩擦產(chǎn)生大量的熱能，使其表面發(fā)生燃燒。為此，必須采用適當(dāng)?shù)姆罒嵩O(shè)施，來保證回收艙在再入大氣層時能夠維持內(nèi)部的正常溫度。這就需要有特殊的耐高溫材料。

再次，衛(wèi)星返回地面需要很長的運(yùn)行區(qū)間，必須不間斷地對衛(wèi)星進(jìn)行精確測量和全程跟蹤，并根據(jù)實(shí)測軌道參數(shù)對衛(wèi)星的程序控制數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的控制和管理，為此就要建立更大范圍。更多功能的地面測控網(wǎng)。

最后，衛(wèi)星降落到離地10~ 20千米時，盡管速度已經(jīng)大大減小，但仍然有200米／秒左右。如果以這樣的速度撞擊地面，衛(wèi)星必然粉身碎骨。因此，必須使用減速傘來再次降低速度。通常先要打開一頂較小的副傘，初步減速；當(dāng)衛(wèi)星降落到離地面只有5千米的高度時，再打開主傘，使衛(wèi)星速度小于10米／秒。降落傘的打開必須非常準(zhǔn)時，否則衛(wèi)星就不能夠安全著陸。

除此之外，衛(wèi)星降落后，還必須能夠準(zhǔn)確標(biāo)示出自己的位置，以便于地面人員尋找。標(biāo)位方法一般有兩種：一是在衛(wèi)星上安裝信標(biāo)機(jī)，在離地面20~ 30千米時發(fā)出無線電信號，地面收到信號后測定衛(wèi)星的方位和距離；二是在衛(wèi)星上安裝燈光信標(biāo)，在著陸時發(fā)出強(qiáng)烈的閃光，以引起搜索人員的注意。當(dāng)?shù)孛嫒藛T利用這些標(biāo)位信號發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星后，即根據(jù)衛(wèi)星所處的位置，分別采取陸上、海上和空中回收等方式將衛(wèi)星回收。

返回式衛(wèi)星

返回式衛(wèi)星主要有三個用途：

一、是作為觀測地球的空間平臺。返回式衛(wèi)星所獲取的各種對地觀測信息資料，可以帶回地面進(jìn)行分析處理和詳細(xì)研究。

二、是作為微重力試驗(yàn)平臺。利用微重力條件，在空間進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)，生產(chǎn)和制造地面難以獲得的材料和物品。

三、是作為發(fā)展載人航天技術(shù)的先導(dǎo)。因?yàn)橛詈絾T必須采取與返回式衛(wèi)星相似的方法返回地面，只有掌握了衛(wèi)星返回技術(shù)，才能為載人航天打下基礎(chǔ)。因此，返回式衛(wèi)星在世界各類航天器中占有重要地位。目前，全世界只有美國、俄羅斯和中國掌握了衛(wèi)星回收技術(shù)。

研制返回式衛(wèi)星，除了要解決一般衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)、溫度控制、姿態(tài)控制、電源和無線電測控等技術(shù)外，還必須解決衛(wèi)星的返回技術(shù)，才能使其從太空軌道上安全返回地面。這也是返回式衛(wèi)星的獨(dú)特之處和困難所在。因此，研制返回式衛(wèi)星就必須掌握如下技術(shù)：

姿態(tài)調(diào)整技術(shù)在衛(wèi)星返回前，將其從在軌道的運(yùn)行姿態(tài)準(zhǔn)確地調(diào)整為返回姿態(tài)，并使衛(wèi)星在此返回姿態(tài)下保持穩(wěn)定，以確保制動推力方向的準(zhǔn)確；

衛(wèi)星制動技術(shù)為使衛(wèi)星脫離原來的運(yùn)行軌道，按預(yù)定程序進(jìn)入返回軌道而重返地面，則要求衛(wèi)星上的制動火箭能按時點(diǎn)火，可靠地、正常地工作，以便衛(wèi)星借助火箭的制動推力準(zhǔn)確地踏上返途；

防熱技術(shù)在衛(wèi)星高速返回途中，既要保證衛(wèi)星不被其與空氣強(qiáng)烈磨擦而產(chǎn)生的高熱燒毀，又要確保衛(wèi)星內(nèi)的儀器能夠正常工作；

軟著陸技術(shù)就是采用可靠的降落傘與回收控制系統(tǒng)，使衛(wèi)星在大氣層較低高度范圍用降落傘減速，以便達(dá)到低速著陸保證回收物完好無損之目的；

標(biāo)位及尋找技術(shù)這也就是要有能確保實(shí)時準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)及測量衛(wèi)星落點(diǎn)位置的技術(shù)手段，以便在預(yù)定的回收區(qū)內(nèi)盡快發(fā)現(xiàn)返回衛(wèi)星并進(jìn)行回收工作。

返回式衛(wèi)星在整個衛(wèi)星家族中占有很大的比重，用途也很廣泛，它能作為觀測地球的空間平臺，裝載各種精密的遙感儀器設(shè)備，可獲取大量的、圖像清晰的、分辨率高的遙感資料，廣泛地應(yīng)用到科研和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域：國士普查、石油勘探、地圖測繪、海洋海岸測繪、地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查、鐵路選線、電站選址、地震預(yù)很、草原與林區(qū)普查以及歷史文物考古等；在國防上也可用于軍事偵察。這類衛(wèi)星還可作為空間微重力試驗(yàn)平臺，搭載多種微重力試驗(yàn)裝置，能進(jìn)行材料和生物等科學(xué)領(lǐng)域的各種試驗(yàn)。

1、美國

發(fā)現(xiàn)者13Corona

Lanyard

Gambit

Hexagon

2、前蘇聯(lián)

Orlet

3、中國

尖兵系列遙感衛(wèi)星

各國返回式衛(wèi)星

1、美國

發(fā)現(xiàn)者13

Corona

lanyard

Gambit

Hexagon

2、前蘇聯(lián)

Orlet

3、中國

返回式衛(wèi)星

中國返回式衛(wèi)星是一種主要用于國土普查的遙感衛(wèi)星，20世紀(jì)70年代來共研制了六種型號，進(jìn)行了24次發(fā)射。返回式衛(wèi)星為中國航天遙感事業(yè)首開先河，在傳輸式遙感衛(wèi)星使用之前的二十多年里，我國國產(chǎn)的航天遙感資料都來自于返回式衛(wèi)星。返回式衛(wèi)星，應(yīng)用于國土資源普查、大地測量以及河流海岸監(jiān)測等方面，還進(jìn)行了大量的搭載科學(xué)試驗(yàn)，取得了豐碩成果。衛(wèi)星在城鄉(xiāng)規(guī)劃、水利建設(shè)、地質(zhì)資源勘探、考古以及空間育種等眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

迄今為止，返回式衛(wèi)星共研制了6種型號：第一代返回式國土普查衛(wèi)星、第一代返回式攝影測繪衛(wèi)星、第二代返回式國土普查衛(wèi)星、第二代返回式攝影測繪衛(wèi)星、返回式國土詳查衛(wèi)星、實(shí)踐八號育種衛(wèi)星。分述如下：

① FSW-0：第一代返回式國土普查衛(wèi)星，共進(jìn)行了10次發(fā)射，9次發(fā)射并成功回收。取得了衛(wèi)星制造、衛(wèi)星發(fā)射、跟蹤測控和衛(wèi)星回收的技術(shù)發(fā)展。

② FSW-1：第一代返回式攝影測繪衛(wèi)星，共進(jìn)行 5次發(fā)射，4次成功回收。該型號在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、艙壓控制等方面有比較大的進(jìn)步，衛(wèi)星飛行時間增加到8天。

③ FSW-2：第二代返回式國土普查衛(wèi)星，共進(jìn)行3次發(fā)射，3次成功回收。飛行時間15天。

④ FSW-3：第二代返回式攝影測繪衛(wèi)星，共進(jìn)行了3次發(fā)射，3次成功回收。飛行時間18天。

⑤ FSW-4：返回式國土詳查衛(wèi)星，共進(jìn)行了2次發(fā)射，2次成功回收。飛行時間27天。

⑥ SJ-8：實(shí)踐八號育種衛(wèi)星，進(jìn)行空間誘變育種和空間微重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

FSW-3、4和SJ-8衛(wèi)星的主要技術(shù)指標(biāo)

衛(wèi)星重量：FSW-3：3.6t；FSW-4：3.9t；SJ-8：3.4t

外形尺寸：最大直徑2200mm，最大高度5144mm

衛(wèi)星工作壽命：FSW-3：18天；FSW-4：27天；SJ-8 ：15天

姿態(tài)控制精度：優(yōu)于0.5°(三軸，3σ)；

姿態(tài)穩(wěn)定度：0.005°/s(三軸，3σ)；

側(cè)擺能力：FSW-4每軌道圈側(cè)擺一次，每次≤23°；

星上時間精度：1ms/d，分辨率0.614ms；

遙測通道： 128個主幀

遙控指令： 129條

程控指令： 90條

運(yùn)行范圍：南北緯63°之間；

運(yùn)載火箭：FSW-3：CZ-2D，不帶整流罩發(fā)射；FSW-4：CZ-2C，帶整流罩發(fā)射；SJ-8：CZ-2C，不帶整流罩發(fā)射。

發(fā)射場：酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心。

⑴ 主任務(wù)完成情況

FSW-0：共成功發(fā)射9顆星，實(shí)現(xiàn)航天遙感零的突破。

FSW-1：共成功發(fā)射5顆星，實(shí)現(xiàn)航天測繪零的突破。

FSW-2：共成功發(fā)射3顆星，將遙感分辨率提高到一個新的水平。

FSW-4：獲得中國當(dāng)前最高分辨率的航天照片。

FSW-3：獲得中國當(dāng)前最高定位精度的航天測繪地理資料。

SJ-8：完成主載荷為302kg的飛行任務(wù)，同時進(jìn)行12項(xiàng)搭載科學(xué)試驗(yàn)。⑵ 搭載科學(xué)試驗(yàn)情況

FSW-0、1、2共完成4次空間生命科學(xué)試驗(yàn)，7次空間材料加工試驗(yàn)，3次微重力測量試驗(yàn)，1次 GPS自主定位試驗(yàn)，1次光盤信息存放試驗(yàn)，以及900多件植物種子、微生物、蟲卵、100多件空間輻射劑量測量、20多件航天用器件的無源搭載試驗(yàn)。

FSW-3共完成空間池沸騰傳熱、氣泡熱毛細(xì)遷移、熔體表面和液固界面特性、空間細(xì)胞培養(yǎng)4空間科學(xué)試驗(yàn)。

SJ-8共完成13項(xiàng)搭載科學(xué)試驗(yàn)。其中有中國科學(xué)院的物質(zhì)傳質(zhì)過程、熱毛細(xì)對流、材料燜燒、導(dǎo)線著火特性、微重力池沸騰、高等植物生長、干細(xì)胞培養(yǎng)、星載加速度計(jì)、顆粒物質(zhì)運(yùn)動9項(xiàng)試驗(yàn)；航天五院銣鐘搭載、推進(jìn)劑剩余量測量2項(xiàng)試驗(yàn)；中科院紫金山天文臺1項(xiàng)暗物質(zhì)探測試驗(yàn)。

⑴ 衛(wèi)星的對地遙感成果

國土普查：用于土地的利用、地質(zhì)礦產(chǎn)構(gòu)造、地震地質(zhì)構(gòu)造等方面的調(diào)查。

攝影定位：用于提供城市規(guī)劃、交通和水利建設(shè)數(shù)據(jù)，繪制國內(nèi)邊遠(yuǎn)地區(qū)地圖。

⑵ 科學(xué)試驗(yàn)成果

經(jīng)飛行試驗(yàn)的種子返回地面后，經(jīng)選種培育，獲得了小麥、水稻、西紅柿、黃瓜、青椒、花卉等新的品種，為航天育種探索了一條新路。

⑴ 通過第一顆返回式衛(wèi)星的研制，突破了衛(wèi)星的離軌、再入大氣的氣動外形和防熱設(shè)計(jì)、返回程序控制、衛(wèi)星軟著陸、以及返回測控和返回軌道設(shè)計(jì)等再入返回關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)目前只有少數(shù)幾個國家掌握。

⑵ 通過前四種型號研制，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)技術(shù)、三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制技術(shù)、再入燒蝕防熱技術(shù)、返回技術(shù)、公用平臺等衛(wèi)星技術(shù)的新進(jìn)展。

⑶ 通過第五、六種型號研制，獲得了熱控技術(shù)、對地遙感的技術(shù)、激光測距儀技術(shù)、衛(wèi)星側(cè)擺技術(shù)、高精度艙壓控制、熱門機(jī)構(gòu)、鋰電池、濕度控制、回收落點(diǎn)控制技術(shù)等新的技術(shù)成果。

返回式衛(wèi)星中有許多關(guān)鍵技術(shù)到目前仍然是訣竅，例如再入防熱技術(shù)、姿態(tài)控制、回收軟著陸技術(shù)等，中國的載人航天技術(shù)也是在返回式衛(wèi)星技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 

通過改進(jìn)電源系統(tǒng)、改進(jìn)數(shù)據(jù)管理和數(shù)傳系統(tǒng)、增加可回收載荷的重量、提高控制能力，繼續(xù)發(fā)展返回式空間科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星和更高分辨率的返回式遙感衛(wèi)星，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步作出新的貢獻(xiàn)。

下一代返回式衛(wèi)星將在能源、控制、數(shù)據(jù)管理、結(jié)構(gòu)、熱控等方面有比較大的改進(jìn)。發(fā)展目標(biāo)是安裝更多的有效載荷，創(chuàng)造更好的微重力環(huán)境，飛行更長的時間，以獲得更多更好的科學(xué)實(shí)驗(yàn)成果。