神舟3号轨道舱继续科学使命

神舟3号轨道舱继续科学使命
著：Wei Long 译：bood

　　据中国空间新闻（China Space News，简称CSN）上个星期五报道（6月21日），神舟3号轨道舱目前正在监控者们的谨慎监控下执行其长期任务。在北京航空航天命令控制中心（Beijing Aerospace Command and Control Centre，简称BACCC）的监控者们说，神舟3号轨道舱的操作一直很平稳，上面的试验已经返回了大量的数据。

　　神舟3号是在3月25日由一个长征2F型火箭发射升空的。为期7天、绕行108周的主任务完成后，登陆舱与轨道舱在4月1日相脱离，然后它便成功的着陆在指定的着陆点：内蒙古。

　　其后，轨道舱仍然停留在空间继续执行长期任务，空间局的官员们说这会持续约6个月。

[图片说明]：神舟3号上有关大气科学的有效荷载：（上）中等分辨率成像分光辐射计　（中）大气成分探测器　（下）大气密度探测器

　　在空间停留93天后，神舟3号轨道舱运行在一个大小为373.7 x 381.1 km、轨道倾角为42.4度、周期92.1分钟的椭圆轨道上。

　　自扩展任务开始执行时起，BACCC的控制人员已经发出了超过2000条的操作命令，其中包括一些变动轨道、保持姿态以及飞行计划的命令。

　　CSN报道说BACCC已经在去年的神舟载人宇宙飞船的控制中积累了宝贵的经验，那时的神舟2号轨道舱在空间待了260天。这次任务中所收集到的数据将有助于控制人员改进他们的技术，从而能够更好的控制神舟号轨道舱的长期任务。

　　控制人员们已经在一些研究中取得了关键性突破，例如：低轨太空船内衰变研究、观测控制要素分析、日地模型研究、供给控制研究、微流星体撞击分析，最佳推进物分配分析以及意外事故处理。

　　神舟3号将44件科学研究设备带入了太空。这些科学试验涉及材料、生命科学的研究，对地球、大气的观测以及太空环境下的监测。中科院与在其领导下附属研究机构进行了很多试验。

　　科学研究设备包括：中等分辨率成像分光辐射计、云层探测器、地球辐射平衡传感器、太阳紫外光谱观测器、太阳常数观测器、大气成分探测器、大气密度探测器、太空船轨道舱光学窗口模块、空间多室结晶熔炉、空间蛋白质结晶设备、细胞生物反应器、固体物质轨道探测器、微重力测量器以及一些通用负载设备。

　　在神舟3号的所有设备中，微重力测量器和登陆舱负载器已经是第三次进行太空旅行了。

　　正进行第二次飞行的器件有：空间多室结晶熔炉、空间蛋白质结晶设备以及轨道舱的负载设备。其他的部件都还只是处女航。

　　有关材料、生命科学研究的设备已经随神舟3号的登陆舱返回了地面。设备在微重力下暴露了一个星期后，有关方面的科学家已经开始忙着检查返回的样本数据了。

　　其余的设备仍然留在飞船的轨道舱上，它们将继续收集半年的数据。航空官员们也谈到，其中的一些设备安放在“附加部”中。我们不知道“附加部”的用途，但可以确定它本来并不是作容纳设备之用的。

　　由于有关材料、生命科学研究的设备要随登陆舱返回地球，因此这些试验获得了较高的优先级。据《科学时代》在4月2号的报道，自动试验在飞船绕行第68圈时完成（此时整个行程已经过半），此时任务监控人员便开始了陆地和大气的观测试验。而中等分辨率成像分光辐射计（MRIS）的测试操作就穿插在这些观测试验之中。

　　据中国空间技术的官员称，这个MRIS是由上海中科院技术物理协会设计制造的，它已经跨入世界领先的行列。这个成像分光辐射计工作在34条谱线上，其中包括了短波红外和热红外。其谱线灵敏度仅比NASA的Terra and Aqua卫星上装载的中等分辨率成像分光辐射计（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer，简称MODIS）小两个波带。

　　MRIS的安装部位在神舟3号轨道舱的附加部分。

　　在长期任务中，对成像分光辐射计的评定结果好坏主要决定于所采用的相关技术、红外焦平面的装配及其机械制冷设备。

　　这个MRIS的质量、体积和能量消耗都要比其他国家同类别的设备小。对MRIS的测试和评定有助于开发下一代更耐用的设备。

看看海洋、大气和陆地

　　中国空间新闻在3月27日报道，MRIS将分别对大气、海洋和陆地作观测。

　　在海洋观测中，重点是水的颜色和温度，同时也对海中的冰和沿海区域进行测量。而海洋颜色的观测重点在于叶绿素浓度、悬浮泥沙量和污染物。科学家同时也能以此达到探测水深及描绘浅水区地形的目的。

　　大气观测的主要研究对象则是水蒸汽、悬浮颗粒和卷云。

　　大尺度上的土壤和植被分布情况则是陆地观测的主要任务。陆地观测的任务还包括大尺度地址结构、土壤沙化状况和土壤水容量等内容。

　　在4月3日中央电视台的采访中，中科院空间科学与应用研究中心（CAS Center for Space Science and Applied Research，简称CSSAR）研究员Sun Huixian解释了成像分光辐射计的应用：“通过这些图像，大气和海洋的污染情况、农作物生长情况、土地植被覆盖情况和沙化情况就都可以得到分析。”

　　Sun给CCTV的记者展示了一张长江江口的图像：“通过对这张图像的分析，我们可以得到有关低海滩的形成、沉降和海洋污染的大量信息。”

　　“用这种设备，我们就可以了解到关于土地资源、大气污染和水资源的情况。这对于我国的遥感技术和土地资源的发展有重要意义。”Sun说。

　　另外一批三个传感器专门用来检测地球大气和太阳辐射的交互作用。地球辐射传感器、太阳紫外线谱线监测器以及太阳常数监测器共同测算出地球吸收的太阳辐射以及地球反射、发射到太空的辐射。

　　大气科学家用太阳常数监测器来测量神舟3号轨道高度上的太阳辐射，而用太阳紫外线谱线监测器来测定太阳紫外辐射的光谱。

　　三个传感器得到的数据让科学家得以了解地球在短波到底反射了多少太阳辐射，到底发出多少热的长波辐射。同时还可以得到大气臭氧层的浓度、分布和纵向分布。

　　通过数据分析得到的结论还能够给政府制定的环境保护政策以有力支持。

　　科学家也希望这三个传感器的试验能够给使中国在这个领域能够与国际接轨，并使中国有机会参与世界级别的研究。

空间气象和环境监测

　　神舟3号轨道舱上主要试验的最后一套装置是用来检测位于其运行的低轨道上的太空环境的。

　　三个探测器——大气成分探测器、大气密度探测器和重粒子固体轨迹探测器——连续不断的从空间环境和轨道高度处的粒子收集数据。

　　Qin Guotai是中科院空间环境预报中心神舟3号空间环境监测试验的管理者，他在4月3日告诉《科学时代》杂志：这些试验是神舟3号的安全监测和预报系统的一部分，它们可以保证飞船的安全和上面的宇航员。

　　Qin解释说：“在太阳紫外辐射的照射下，大气顶层的气体分子会被离解成单个原子。在神舟3号343千米的轨道上，氧气、氮气和氦气的单个原子占多数。”

　　“单个氧原子很活泼。和氧原子的碰撞会使飞船表面，如热控制层，被腐蚀，这还会加速飞船表面的氧化反应，从而使材料变粗糙并减少其质量。”

　　Qin还说，这种反应会污染并明显的降低飞船重要部件（如太阳阵列和光学传感器）的功效，从而严重危及飞船的安全。

　　大气顶层的氧原子含量和密度会随着太阳活动而不断变化。根据Qin所说的，太阳上的强磁场活动，比如耀斑和质子事件，能够以磁场的三次方改变氧原子的密度。

　　大气密度的增加会给飞船制造更大的拖力，使得飞船的姿态产生变化，并造成每天几十米的下降。但是在强烈太阳风暴中，高度变化会变成每天几千米。

　　Qin说：“大气密度的变化是随机的。因此必须实时、连续的监测大气密度变化，并且要经常预报和调整飞船的轨道高度和姿态。”这会给飞船操控提供太空预警和可能性的测量。

　　大气成分探测器和大气密度探测器均在68号轨道上开始运行。探测器一直在返回上层大气的质谱和密度数据。

　　太空环境预测中心的科学家在4月的太阳风暴期间从这些探测器得到了上层大气的颇有价值的数据，为此他们都很高兴。

　　据新华社4月26日的报道，神舟3号轨道舱曾在4月的17日、19日和22日遭遇了强烈的太阳风暴。但是飞船在强大的太阳辐射中幸存了下来。两个探测器收集到了关于太阳风暴和近地空间扰动之间联系的宝贵信息。

　　Qin透露类似监测太空环境的试验在今年晚些时候的神舟4号中还会继续。

　　通过这些监测试验得到的数据将帮助SEPC的科学家们提高预报准确性。

　　结合国内的风云号卫星和国外卫星以及地面观测，SPEC的科学家们神舟的发射和轨道操控发布短期、中期和长期的太空环境预报。

　　预报的内容包括：太阳活动、太阳无线电波发射、太空辐射、地磁活动、飞船轨道高度的大气参数、流星体、太空碎片的撞击可能性以及飞船轨道寿命和衰减率。

　　中期预报给决策者定时提供信息，并提供一个有效的参考意见，以选择一个试探性的安全发射窗口和任务事件段。

　　预测中心自从1999年11月的神舟1号就开始工作了。中心的科学家回忆说神舟1号原来是打算在11月18号升空的，但是预测中心预报在那时会遇到狮子座流星雨，于是发射事件就推迟了两天以避免与流星的碰撞。

　　而在神舟2号计划中，中心一共提出了两套计划时间方案。

　　科学家最终决定把计划放在2001年1月的10日到18日，那时他们预报出在19日会有对发射不利的太空环境。然而科学家们并没有提供任何的细节。

　　对于神舟3号计划，发射日期一定，SEPC的科学家就开始了对升空前三个月的长期预报。他们每月发表报告，根据最新的太空环境情况，提出一个修正的发射时间和计划持续时段

　　在神舟3号发射前一小时到着陆后一天这紧张的八天里，三个队的预报人员提供了全天候的太空环境变化监测。

　　预报小组在倒计时一小时时发布了最后一个发射前的预报。在神舟3号到达预定轨道之后，预报员在飞船每飞五圈发布一个预测报告。

北京 - 2002/06/28