廣州科普大講壇：中國航天科技 筑夢天疆

中國航天科技如何實現彎道超車?對我們生活有什么影響?2021年7月28日,由廣州市科學技術協會、廣州日報社主辦,廣州市科學技術普及中心、廣東廣播電視臺珠江經濟臺承辦的廣州科普大講壇第186期《中國航天科技筑夢天疆》開講。講壇聚焦航天科技主題,邀請中山大學航空航天學院宇航工程系副教授劉家夫;中國衛星氣象領域科學傳播專家、正高級工程師曹靜;中山大學中法核工程與技術學院副教授黃洪濤,分別從行星探測、風云氣象衛星、空間核電源等角度為市民科普航天科技的相關知識,講述“航天夢”背后的科技故事。

【行星探測——航天事業新前沿】

2021年5月15日,“天問一號”成功著陸火星,我國成為第二個成功著陸火星的國家,“為什么要探測火星?”也成為很多市民感興趣的話題。劉家夫對此解釋道:“我們對太陽系的行星、小行星、小天體進行探測,最根本的一個想法和任務就是尋找生命,尋找和我們類似的生命,哪里有水,哪里有有機物,哪里有含碳的物質,我們對這個非常感興趣。”劉家夫又講到,選擇火星進行大行星探測,是綜合考慮了與地球、太陽的距離,火星各方面都比較適合孕育生命,而且距離探測難易程度也適中。

劉家夫向觀眾展示了“天問一號”從發射到最終降落火星整個過程的軌道運行情況,而在此次火星探測中,“天問一號”將繞、落、巡三個任務一次性進行,這是我國航天事業的一次跨越式發展。“從發射到中途怎么到達火星,然后到怎么被火星的引力場捕獲,以及到著陸與巡視階段,還有“祝融號”火星車的一個原位巡視,圍繞著這五個比較關鍵的階段,都有著非常重要的工程挑戰。”劉家夫說到。

劉家夫

對于小行星探測,劉家夫也提到,研究小行星成分對回答太陽系演化具有極為重要科學價值。隼鳥探測器實現了小行星著陸、取樣及返回的任務;羅塞塔和菲萊實現彗星繞飛、著陸、探測等任務。同時也提出了近地小行星攔截與小行星操縱與利用的設想,如利用核爆炸、引力拖車對近地小天體進行攔截;直接捕獲與引力捕獲對小行星進行捕獲;利用聚光照射、軌道虹吸對和小行星進行采礦。

“地球是人類的搖籃,但是人類不可能永遠待在搖籃里面。”劉家夫引用航天之父喬爾科夫斯基的名言,強調人類對深空的探索一直在持續。

【追星筑夢——喚起科學夢想】

人類將目光投向更加廣闊的宇宙的同時,也在運用航天科技氣象衛星,對地球和大氣持續進行著觀測。氣象衛星主要分為兩種,圍繞著地球兩極轉動,和太陽同步的極地軌道氣象衛星,以及在赤道上空36000公里的高度,和地球保持相對靜止的靜止氣象衛星。目前,中國已累計發射19顆氣象衛星,其中8顆在軌運行,既有極地軌道氣象衛星,也有靜止氣象衛星。“我們現在的氣象衛星的水平,是在國際先進行列的。”曹靜自豪地講到。據她介紹,中國已實現了極地軌道氣象衛星和靜止氣象衛星的業務化運行,是繼美國、俄羅斯之后第三個同時擁有兩種衛星的國家。

氣象衛星不僅彰顯著國家的航天科技硬實力,它與人們的日常生活也密切相關。以臺風監測為例,中國古代漁民出海前都要拜祭媽祖,祈求保佑不遇臺風等災害天氣,而現在通過氣象衛星的云圖,人們就能夠預知天氣,監測臺風,并及時做出應對。除此之外,氣象衛星還在植被監測、熱島監測、林火監測等其他方面發揮著重要作用。據曹靜介紹,中國風云四號衛星就曾經監測到格陵蘭島一個月內的海冰融化速度:由于氣候變暖,格陵蘭島的海冰迅速融化,很可能導致海平面的上升,而海平面的上升又可能帶來沿海海拔低的城市的淹沒。憑借風云氣象衛星出色的監測能力以及對生態環境的貢獻,中國在國際話語權上有著一席之地。

“中國的風云系列氣象衛星早已聲名在外。”曹靜介紹到,目前超過2500個國內用戶及多達70多個國家和地區接收與利用著風云衛星資料,風云衛星更被世界氣象組織列入國際氣象業務衛星序列,是東半球氣象預報的主力,但回顧中國氣象衛星的發展歷程,卻是非常艱難曲折的。據曹靜講述,1994年我國準備發射第一顆靜止氣象衛星,就在發射前的最后一次廠房測試,由于肼燃料的泄露,導致衛星和測試廠房炸毀,還有技術人員犧牲。她表示,航天是一個高風險的事業,科技工作者們付出著辛勞和智慧的汗水,有時候甚至是生命。后來成功發射的兩個靜止氣象衛星的實驗星雖然沒有達到預期壽命,但也正是它們的發射,為中國氣象衛星的發展打下了豐厚的基礎,接下來發射的所有業務星都達到了設計壽命,甚至是遠超設計壽命,并且運轉情況良好,為國家爭得了很多榮譽。

曹靜

回首中國氣象衛星的發展歷程,曹靜感慨到自己是一個名副其實的追“星”人。從1970年4月24號見證中國第一顆人造衛星東方紅一號的發射,而對衛星產生濃厚興趣,再到大學里學習衛星遙感課程,與衛星這個領域結緣,并從事相關職業直至今天,她一直追隨著中國衛星前進的腳步,參與并見證了其高速發展。她表示,希望廣大市民通過對科技的了解和認識,能夠與她一起共同去推廣和追崇有意義的科技之星。

【空間核電源-航天高質量發展之源】

無論是行星探測還是衛星發射,航天事業的發展始終繞不開能源這個關鍵問題,而空間核電源,是未來航天高質量發展的重點。

根據利用熱能的原理,空間核電源可分為放射性同位素電源和空間核反應堆電源。放射性同位素電源是把放射性同位素釋放的能量以熱量的形式收集起來的一個裝置,通過換能器把衰變熱能轉變成電能。黃洪濤介紹,早在1971年,由于第一個人造衛星發射的需要,中國就研制了釙-210的同位素電源,并命名為東風1號,同位素電源目前在中國應用較少,主要因為在20多年前中國就已經關停了钚及其同位素的生產。與美國不同,中國并沒有重啟钚元素的生產線,而是瞄準了更先進的空間核反應堆電源。“中國早在上世紀七十年代就開始了對于空間核反應堆電源的研究。”黃洪濤說到。

空間核反應堆電源,黃洪濤將它比喻為太空里的一個小型核電站,它可以將裂變能轉變為電能,為航天器或者星球基地供電。黃洪濤通過圖表向觀眾展示了空間核反應堆電源在航天領域的應用需求。他認為,在未來的航天任務當中,空間核反應堆電源的應用范圍將會更廣。“比如功率到100千瓦以上,然后壽命要到一個月以上的話,必須要使用核反應堆電源,所以我們國家為什么重點要發展核反應堆電源,也是跟這個有關。”

黃洪濤

隨著人類探索、利用空間的步伐越走越遠,新的航天任務包括星表基地、載人深空飛行、行星際探測等對空間核電源的發展不斷提出新的要求。研究和發展空間核電源及動力將成為深空探測技術發展的必然。作為科技強國的重要組成部分,中國航天加快推進航天重大工程,不斷取得舉世矚目的創新成果,高效服務經濟社會發展,促進多領域多行業科技進步。在中華民族探索星辰大海的浩然征途中,也許會有艱難險阻,但是沒有什么能夠撼動,我們探索星辰大海的夢想和決心。

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