广州科普大讲坛：中国航天科技 筑梦天疆

中国航天科技如何实现弯道超车?对我们生活有什么影响?2021年7月28日,由广州市科学技术协会、广州日报社主办,广州市科学技术普及中心、广东广播电视台珠江经济台承办的广州科普大讲坛第186期《中国航天科技筑梦天疆》开讲。讲坛聚焦航天科技主题,邀请中山大学航空航天学院宇航工程系副教授刘家夫;中国卫星气象领域科学传播专家、正高级工程师曹静;中山大学中法核工程与技术学院副教授黄洪涛,分别从行星探测、风云气象卫星、空间核电源等角度为市民科普航天科技的相关知识,讲述“航天梦”背后的科技故事。

【行星探测——航天事业新前沿】

2021年5月15日,“天问一号”成功着陆火星,我国成为第二个成功着陆火星的国家,“为什么要探测火星?”也成为很多市民感兴趣的话题。刘家夫对此解释道:“我们对太阳系的行星、小行星、小天体进行探测,最根本的一个想法和任务就是寻找生命,寻找和我们类似的生命,哪里有水,哪里有有机物,哪里有含碳的物质,我们对这个非常感兴趣。”刘家夫又讲到,选择火星进行大行星探测,是综合考虑了与地球、太阳的距离,火星各方面都比较适合孕育生命,而且距离探测难易程度也适中。

刘家夫向观众展示了“天问一号”从发射到最终降落火星整个过程的轨道运行情况,而在此次火星探测中,“天问一号”将绕、落、巡三个任务一次性进行,这是我国航天事业的一次跨越式发展。“从发射到中途怎么到达火星,然后到怎么被火星的引力场捕获,以及到着陆与巡视阶段,还有“祝融号”火星车的一个原位巡视,围绕着这五个比较关键的阶段,都有着非常重要的工程挑战。”刘家夫说到。

刘家夫

对于小行星探测,刘家夫也提到,研究小行星成分对回答太阳系演化具有极为重要科学价值。隼鸟探测器实现了小行星着陆、取样及返回的任务;罗塞塔和菲莱实现彗星绕飞、着陆、探测等任务。同时也提出了近地小行星拦截与小行星操纵与利用的设想,如利用核爆炸、引力拖车对近地小天体进行拦截;直接捕获与引力捕获对小行星进行捕获;利用聚光照射、轨道虹吸对和小行星进行采矿。

“地球是人类的摇篮,但是人类不可能永远待在摇篮里面。”刘家夫引用航天之父乔尔科夫斯基的名言,强调人类对深空的探索一直在持续。

【追星筑梦——唤起科学梦想】

人类将目光投向更加广阔的宇宙的同时,也在运用航天科技气象卫星,对地球和大气持续进行着观测。气象卫星主要分为两种,围绕着地球两极转动,和太阳同步的极地轨道气象卫星,以及在赤道上空36000公里的高度,和地球保持相对静止的静止气象卫星。目前,中国已累计发射19颗气象卫星,其中8颗在轨运行,既有极地轨道气象卫星,也有静止气象卫星。“我们现在的气象卫星的水平,是在国际先进行列的。”曹静自豪地讲到。据她介绍,中国已实现了极地轨道气象卫星和静止气象卫星的业务化运行,是继美国、俄罗斯之后第三个同时拥有两种卫星的国家。

气象卫星不仅彰显着国家的航天科技硬实力,它与人们的日常生活也密切相关。以台风监测为例,中国古代渔民出海前都要拜祭妈祖,祈求保佑不遇台风等灾害天气,而现在通过气象卫星的云图,人们就能够预知天气,监测台风,并及时做出应对。除此之外,气象卫星还在植被监测、热岛监测、林火监测等其他方面发挥着重要作用。据曹静介绍,中国风云四号卫星就曾经监测到格陵兰岛一个月内的海冰融化速度:由于气候变暖,格陵兰岛的海冰迅速融化,很可能导致海平面的上升,而海平面的上升又可能带来沿海海拔低的城市的淹没。凭借风云气象卫星出色的监测能力以及对生态环境的贡献,中国在国际话语权上有着一席之地。

“中国的风云系列气象卫星早已声名在外。”曹静介绍到,目前超过2500个国内用户及多达70多个国家和地区接收与利用着风云卫星资料,风云卫星更被世界气象组织列入国际气象业务卫星序列,是东半球气象预报的主力,但回顾中国气象卫星的发展历程,却是非常艰难曲折的。据曹静讲述,1994年我国准备发射第一颗静止气象卫星,就在发射前的最后一次厂房测试,由于肼燃料的泄露,导致卫星和测试厂房炸毁,还有技术人员牺牲。她表示,航天是一个高风险的事业,科技工作者们付出着辛劳和智慧的汗水,有时候甚至是生命。后来成功发射的两个静止气象卫星的实验星虽然没有达到预期寿命,但也正是它们的发射,为中国气象卫星的发展打下了丰厚的基础,接下来发射的所有业务星都达到了设计寿命,甚至是远超设计寿命,并且运转情况良好,为国家争得了很多荣誉。

曹静

回首中国气象卫星的发展历程,曹静感慨到自己是一个名副其实的追“星”人。从1970年4月24号见证中国第一颗人造卫星东方红一号的发射,而对卫星产生浓厚兴趣,再到大学里学习卫星遥感课程,与卫星这个领域结缘,并从事相关职业直至今天,她一直追随着中国卫星前进的脚步,参与并见证了其高速发展。她表示,希望广大市民通过对科技的了解和认识,能够与她一起共同去推广和追崇有意义的科技之星。

【空间核电源-航天高质量发展之源】

无论是行星探测还是卫星发射,航天事业的发展始终绕不开能源这个关键问题,而空间核电源,是未来航天高质量发展的重点。

根据利用热能的原理,空间核电源可分为放射性同位素电源和空间核反应堆电源。放射性同位素电源是把放射性同位素释放的能量以热量的形式收集起来的一个装置,通过换能器把衰变热能转变成电能。黄洪涛介绍,早在1971年,由于第一个人造卫星发射的需要,中国就研制了钋-210的同位素电源,并命名为东风1号,同位素电源目前在中国应用较少,主要因为在20多年前中国就已经关停了钚及其同位素的生产。与美国不同,中国并没有重启钚元素的生产线,而是瞄准了更先进的空间核反应堆电源。“中国早在上世纪七十年代就开始了对于空间核反应堆电源的研究。”黄洪涛说到。

空间核反应堆电源,黄洪涛将它比喻为太空里的一个小型核电站,它可以将裂变能转变为电能,为航天器或者星球基地供电。黄洪涛通过图表向观众展示了空间核反应堆电源在航天领域的应用需求。他认为,在未来的航天任务当中,空间核反应堆电源的应用范围将会更广。“比如功率到100千瓦以上,然后寿命要到一个月以上的话,必须要使用核反应堆电源,所以我们国家为什么重点要发展核反应堆电源,也是跟这个有关。”

黄洪涛

随着人类探索、利用空间的步伐越走越远,新的航天任务包括星表基地、载人深空飞行、行星际探测等对空间核电源的发展不断提出新的要求。研究和发展空间核电源及动力将成为深空探测技术发展的必然。作为科技强国的重要组成部分,中国航天加快推进航天重大工程,不断取得举世瞩目的创新成果,高效服务经济社会发展,促进多领域多行业科技进步。在中华民族探索星辰大海的浩然征途中,也许会有艰难险阻,但是没有什么能够撼动,我们探索星辰大海的梦想和决心。

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