返回式衛(wèi)星：科學(xué)實(shí)驗(yàn)的尖兵

返回式衛(wèi)星是航天技術(shù)發(fā)展過(guò)程當(dāng)中的一個(gè)重要階段性產(chǎn)物。在長(zhǎng)達(dá)幾十年的時(shí)間里，返回式衛(wèi)星不但承擔(dān)著對(duì)地觀測(cè)任務(wù)，而且承擔(dān)了大量的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。如今隨著傳輸型衛(wèi)星的成熟和載人航天技術(shù)的發(fā)展，返回式衛(wèi)星已經(jīng)不再發(fā)展，但是它在航天史上留下的印記卻是難以磨滅的。

我國(guó)實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星

簡(jiǎn)單地說(shuō)，返回式衛(wèi)星就是在衛(wèi)星上天之后，有一部分艙段要返回地球。這個(gè)艙段里裝的是對(duì)地觀測(cè)相機(jī)所拍攝的膠卷。之所以采用這種辦法，是因?yàn)楫?dāng)年的數(shù)碼相機(jī)技術(shù)還沒(méi)有發(fā)展起來(lái)，要想拍攝地面上的目標(biāo)，就必須用傳統(tǒng)的化學(xué)膠片。拍攝完成之后，地面上的人們還是看不到衛(wèi)星到底拍了些什么，所以就必須把膠卷送回地面來(lái)沖洗，這就產(chǎn)生了返回的需求。

美國(guó)返回式衛(wèi)星

美國(guó)和蘇聯(lián)都開發(fā)了自己的返回式衛(wèi)星。美國(guó)的型號(hào)最早叫做發(fā)現(xiàn)者號(hào)，它的研制動(dòng)機(jī)，是美國(guó)用飛機(jī)秘密偵察蘇聯(lián)的時(shí)候，經(jīng)常遭到攔截。特別是蘇聯(lián)地空導(dǎo)彈技術(shù)成熟之后，美國(guó)偵察機(jī)再也去不成了。美國(guó)第一代偵察衛(wèi)星有個(gè)很好聽(tīng)的名字叫“太陽(yáng)花”，但外界都叫它“鎖眼”。

“鎖眼”先后發(fā)展了9代，分辨率越來(lái)越高，體積越來(lái)越大。美國(guó)返回式衛(wèi)星的極致產(chǎn)品，就是KH9偵察衛(wèi)星，綽號(hào)“晶體”。這是一種非常巨大的型號(hào)，幾乎有公共汽車那么大的體積，發(fā)射重量達(dá)到13噸。在它的外殼上，裝著4個(gè)膠卷艙，拍完一個(gè)就扔回地球一個(gè)。所以“晶體”可以在太空里工作四五個(gè)月的時(shí)間。美國(guó)國(guó)家偵察局是“晶體”的主要用戶。2012年，國(guó)家偵察局曾經(jīng)把一顆晶體衛(wèi)星的地面?zhèn)浞菪撬偷饺A盛頓的美國(guó)國(guó)家航空航天博物館展出，引起轟動(dòng)，航天愛(ài)好者們紛紛前去合影留念。不過(guò)這顆衛(wèi)星僅僅展覽了幾天就撤走了。

還有人認(rèn)為，航天飛機(jī)也可以認(rèn)為是一種返回式衛(wèi)星。因?yàn)楹教祜w機(jī)的軌道器攜帶了高分辨率的相機(jī)，膠卷的寬度差不多有半米，比之前所有的返回式衛(wèi)星都強(qiáng)大。只不過(guò)，后來(lái)的偵察任務(wù)都交給了傳輸型衛(wèi)星，用膠卷拍攝的時(shí)代過(guò)去了。

蘇聯(lián)返回式衛(wèi)星

蘇聯(lián)的返回式衛(wèi)星特殊一些，它與載人飛船采用了完全相同的平臺(tái)，這是因?yàn)樘K聯(lián)早期開發(fā)專用返回式衛(wèi)星的努力遭到了失敗。為了盡快形成軍事偵察能力，蘇聯(lián)航天部門決定用已經(jīng)成熟的東方號(hào)飛船作為基礎(chǔ)，研制一種叫做天頂號(hào)的返回式衛(wèi)星。天頂號(hào)衛(wèi)星的工作非常成功，成為蘇聯(lián)時(shí)期最重要的衛(wèi)星偵察手段。蘇聯(lián)時(shí)期發(fā)射的衛(wèi)星當(dāng)中，絕大多數(shù)都是返回式衛(wèi)星。天頂號(hào)衛(wèi)星先后發(fā)展了5代，包括初代天頂、天頂2、天頂4、天頂6和天頂8。天頂2和天頂4又各自發(fā)展出了改進(jìn)型。天頂8一直使用到上世紀(jì)90年代，在1994年進(jìn)行了最后一次發(fā)射。

天頂衛(wèi)星的一個(gè)很大特點(diǎn)，就是源于載人飛船的返回艙很大，可以把相機(jī)和膠卷一起返回地面。蘇聯(lián)還曾用返回式衛(wèi)星嘗試過(guò)另類實(shí)時(shí)偵察，在衛(wèi)星里設(shè)置一套沖洗設(shè)備，一邊拍攝一邊沖洗，然后用電視攝像機(jī)把膠片上的圖像拍攝下來(lái)，直播傳回地球。但是這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)并不成功。

中國(guó)返回式衛(wèi)星

中國(guó)研制的返回式衛(wèi)星系列，從1975年開始發(fā)射，到2006年結(jié)束，前后發(fā)射了24顆，其中23顆發(fā)射成功，22顆返回成功，為中國(guó)的國(guó)土資源詳查、普查和空間科學(xué)研究、航天育種做出了巨大的貢獻(xiàn)。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，返回式衛(wèi)星是中國(guó)發(fā)射數(shù)量最多的衛(wèi)星類型。

返回式衛(wèi)星對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)還有另外一層意義。我們?cè)谇拔闹姓f(shuō)過(guò)，蘇聯(lián)是先掌握了飛船技術(shù)再衍生出返回式衛(wèi)星技術(shù)，美國(guó)的飛船技術(shù)和返回式衛(wèi)星技術(shù)基本上是各自獨(dú)立發(fā)展的。而中國(guó)的情況則完全不同，返回式衛(wèi)星的發(fā)展與成熟，為載人航天做了重要的技術(shù)積累。如果沒(méi)有前期大量返回式衛(wèi)星的成功發(fā)射、運(yùn)行和返回，中國(guó)在研制神舟飛船關(guān)鍵技術(shù)的時(shí)候，可能要更加困難一些。

返回式衛(wèi)星關(guān)鍵技術(shù)

返回式衛(wèi)星有兩項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)。第一項(xiàng)是熱防護(hù)。衛(wèi)星以第一宇宙速度從太空進(jìn)入大氣層，產(chǎn)生劇烈的摩擦，如果沒(méi)有恰當(dāng)?shù)姆雷o(hù)技術(shù)，返回艙和里面所攜帶的膠卷以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，會(huì)全都化為灰燼。為此，返回艙采用了一種叫做燒蝕材料的技術(shù)，就是在衛(wèi)星表面鋪上厚厚的特殊材料，在高溫環(huán)境之下，一邊燃燒一邊帶走熱量，有效保護(hù)衛(wèi)星本體和里面的載荷。當(dāng)速度降低到一定程度之后，就可以用降落傘來(lái)接替減速任務(wù)了。

第二個(gè)難關(guān)，是怎樣在超音速的情況下使用降落傘。在我們的印象里，降落傘往往是白色或者彩色的圓形傘蓋，但是在超音速條件下，這樣的傘很快就會(huì)被猛烈的氣流撕裂。因此，超音速傘看起來(lái)像一個(gè)稀疏的大網(wǎng)，用幾根布帶子起到減速的作用。當(dāng)衛(wèi)星的速度降低到音速以下，就可以使用我們常見(jiàn)的那種降落傘了。返回式衛(wèi)星使用的降落傘是絢麗多彩的，這主要是為了讓地面回收人員可以順利、快速地找到它們。中國(guó)返回式衛(wèi)星的傳統(tǒng)著陸場(chǎng)在四川盆地，這主要是因?yàn)閲?guó)防安全的需要，如果降落場(chǎng)太靠近邊境，萬(wàn)一飄到國(guó)境之外，就會(huì)導(dǎo)致國(guó)家秘密的泄露。

中國(guó)的返回式衛(wèi)星分為中分辨率的普查型、高分辨率的詳查型和高精度的攝影定位型，以及專門服務(wù)于空間科學(xué)的實(shí)踐8號(hào)。前三種為國(guó)土勘測(cè)作出了重要的貢獻(xiàn)，拍攝了大量圖像。返回式衛(wèi)星攜帶的種子，經(jīng)過(guò)空間輻射后產(chǎn)生了變異，而這種空間輻射條件，在地面上是無(wú)法模擬的。從太空返回的種子經(jīng)過(guò)地面選育，形成了一大批優(yōu)秀的農(nóng)作物種子，包括甜瓜、辣椒、水稻、玉米等，為人們的舌尖增加了更多享受。

中國(guó)返回式衛(wèi)星系列已經(jīng)不再研制和發(fā)射，但是作為它們的后來(lái)者，神舟飛船正在不停地進(jìn)行天地往返運(yùn)作，嫦娥5號(hào)探測(cè)器把月球土壤樣品送回了地球，這些都應(yīng)用到了返回式衛(wèi)星的技術(shù)。