實踐十號科學衛星
4月6日凌晨，我國首顆微重力科學實驗衛星——實踐十號返回式科學實驗衛星（簡稱實踐十號）發射升空。這顆專為科學設計的衛星搭載了19位“乘客”開展空間科學實驗。這些“乘客”有哪些研究價值，對我國空間科學有什么意義？
有關家蠶、水稻等研究將來都可能有很大的應用前景
在實踐十號上進行科學實驗，主要是利用其在太空飛行時營造的微重力（失重）環境。地球上發生的許多物理現象，都有重力的原因，消除重力因素，就可能觀察到地球上不可能出現的獨特現象，揭示被重力掩蓋的秘密。實踐十號發射升空，相當于在太空微重力環境下主動搭建了一個“移動實驗室”。
實踐十號總設計壽命為15天，搭載了19個科學實驗載荷。這19名“乘客”中，微重力科學實驗項目10項，空間生命科學實驗項目9項。實踐十號為返回式衛星，有留軌艙和回收艙，其中8項流體物理和燃燒實驗放在留軌艙內進行，可看成是“單程票乘客”；其余11項科學實驗將在回收艙進行，他們手握“往返票”，這些實驗載荷及實驗樣品日后將重返地球。
實踐十號工程項目首席科學家胡文瑞院士表示，19項科學實驗任務是從200多項申請中精心挑選出來的，全部實驗項目均為微重力科學和空間生命科學前沿課題，其中多項科學實驗是在國際上首次開展。“每一項都是全新探索，具有很強的科學研究價值”。
比如，導線絕緣層和典型非金屬材料這兩個微重力燃燒實驗，是針對載人航天器的防火問題而設計的。由于缺乏微重力條件下完善的防火規范，我國以往主要借鑒地面或航空的防火規范。
“微重力環境比地面更容易著火，而且著火點不易發現，很難撲滅。那么，哪些材料能用，哪些材料不能用？如何發現火情？怎么滅火？這一系列問題都要靠太空實驗去解決。這兩項實驗就是要觀察微重力條件下材料著火、燃燒以及煙氣析出的規律，并對比重力條件下的燃燒規律，為建立我國自己完整的航天防火規范服務。這將對未來我國空間站的防火問題起到重要作用。”胡文瑞說。
又如，晶體生長和材料制備在現代通信、電子產業中占據很重要的地位，在微重力環境下開展晶體生長研究，可排除浮力對流和重力沉淀效應的干擾。實踐十號衛星科學應用系統總設計師康琦說，研究微重力環境下晶體生長和凝固過程，有助于理解材料從熔體中形成的界面動力學，為改善地面晶體生長工藝奠定基礎。通過微重力環境抑制溶質浮力對流，從而獲得地面重力場中難以生長的高質量材料。
19項科學實驗任務看上去“高冷”，其實很多離生活并不遠。以“微重力下煤燃燒及其污染物生成特性研究”為例，煤是我國的主要能源，高效燃燒、降低污染排放對我國具有特殊意義。煤燃燒的模型化研究需要準確的物性參數，然而由于受到地上重力及浮力對流的影響，有些物性參數的準確測量幾乎不可能。因此，有效建立各種模型以及模型推演，認識煤燃燒機理對提高煤燃燒效率非常重要。在微重力環境下，觀察煤炭燃燒和污染物生成的基本規律，有望獲得一些地面無法得到的基礎數據，發展更完善的煤燃燒理論和模型，幫助我國更好地綠色利用煤炭資源。
康琦表示，研究中有關家蠶、水稻以及涉及生命科學探索的研究，將來都可能有很大的應用前景，不僅能轉化為可觀的經濟效益，也將促進社會發展。
彌補我國空間科學“只見技術、不見科學”的短板
和很多衛星不同，實踐十號專為科學設計，是目前單次開展微重力科學和空間生命科學實驗項目最多的衛星。
胡文瑞說，“只見技術、不見科學”，是我國空間科學的短板。他認為，空間利用包括空間科學、空間應用和空間技術三個方面。這三方面是不可替代的，但長期以來我們的空間利用側重空間技術和空間應用，對空間基礎科學的重視不足。
據統計，國際上共有5000多項空間科學實驗項目，我國只占極少一部分。我國的空間科學研究依賴對他國公開數據的二次分析，在科學研究領域的投入也與美國國家航空航天局、歐洲空間局等有不小差距。
中科院國家空間科學中心主任、 空間科學衛星工程常務副總指揮吳季說，我國之前發射的衛星基本用在災害預報、通信廣播等技術應用領域。要成為航天強國，還需要在科學研究上取得突破進展。支持基礎研究，雖然可能暫時看不到應用，但會對未來發展產生很大影響。“我國已成為航天大國，要向航天強國轉變，就不能沒有空間科學衛星。要想實現創新驅動發展，就必須要有原始創新能力。”
2011年1月，作為中國科學院首批啟動的A類戰略性先導科技專項“空間科學先導專項”正式立項，這是我國首次以重大科學發現為主要目標的系列科學衛星計劃。實踐十號是首批立項4顆科學衛星之一，其他3顆為暗物質粒子探測衛星、硬X射線調制望遠鏡衛星和量子科學實驗衛星。
2015年12月18日，我國首顆暗物質粒子探測衛星——“悟空”成功發射。它能通過探測宇宙中高能粒子的方向、能量以及電荷大小來間接尋找和研究暗物質粒子，有助于了解宇宙起源。
將于2016年下半年擇機發射的硬X射線調制望遠鏡衛星，主要用于發現和研究黑洞的性質及極端條件下的物理規律，通過觀測黑洞、中子星、活動星系等高能天體，分析其光變和能譜性質，研究致密天體和黑洞強引力中物質的動力學和高能輻射過程。
計劃在今年7月發射的量子科學實驗衛星，則有望在空間量子通信實用化方面取得重大突破。胡文瑞說，中科院空間科學先導專項有望為我國空間科學研究開個好頭。
返回式科學衛星有空間站無法取代的優勢
我國是繼美國、俄羅斯之外第三個掌握返回式衛星技術的國家。航天科技集團第五研究院實踐十號工程總師唐伯昶說，返回式衛星是開創我國航天遙感事業的功勛。在空間信息技術還不太發達的時候，需采取“相機上天拍照、返回獲取資料”的方式。但隨著我國在天地間建起“信息高速路”，返回式衛星發展日漸式微，上次發射是2006年時的實踐八號。
有人質疑：我國計劃在2020年前后建成載人空間站，空間站也可以做微重力實驗，為什么還要發射實踐十號這樣的科學衛星？
胡文瑞說，空間站和科學實驗衛星各有所長，在空間科學實驗上互為補充。“此前在做實驗方案時，就曾與載人航天工程研究人員溝通過，盡力避免重復實驗。空間站具備實驗時間長，有人參與等優勢，但相比載人空間站，返回式科學衛星也有空間站無法取代的優勢。”
胡文瑞解釋，首先返回式科學衛星有理想的微重力環境。載人空間站首要目標是航天員的健康和安全，且有人員活動或機械運轉產生的干擾，微重力環境可能達不到要求。此外，衛星機動性更強。此次發射前8小時，最后一位“乘客”姍姍來遲，為的是最大限度排除地球重力的影響。最后，雙艙實驗環境，也可以讓一些比較危險的實驗分開做。所有這些，是在空間站里做不到的。
胡文瑞還表示，返回式衛星開展空間科學實驗風險小、成本低、一次飛行可提供較多的實驗，特別有利于開展國際合作。據介紹，實踐十號衛星也是一項開放的衛星任務，科學實驗的提出和參與單位包括中科院11個研究所和6所高校，并與歐洲空間局開展緊密的國際空間合作。
其中，“微重力條件下石油組分熱擴散特性的研究和Soret系數的測量”就是聯合歐洲空間局和加拿大石油公司，對原油的Soret系數進行測量，力求深化對多組分流體在高壓以及有溫度梯度下流體成分的分布認識，提供對油田中原油分布更準確的理論預測，從而降低油田開采的成本。
吳季表示，除實踐十號等4個已經啟動的衛星項目外，空間科學先導專項還遴選并支持了8個背景型號項目，為未來5到10年空間科學衛星做好準備。其中，中歐聯合空間科學衛星任務“太陽風—磁層相互作用全景成像衛星計劃”、全球水循環觀測衛星等已開展科學目標凝練、探測方案優化和關鍵技術攻關等工作，并經過了國際論證。
