世界时讯：返回式卫星：科学实验的尖兵

2022-08-28 15:48:49 来源：科普中国

返回式卫星是航天技术发展过程当中的一个重要阶段性产物。在长达几十年的时间里，返回式卫星不但承担着对地观测任务，而且承担了大量的空间科学实验任务。如今随着传输型卫星的成熟和载人航天技术的发展，返回式卫星已经不再发展，但是它在航天史上留下的印记却是难以磨灭的。

我国实践十号返回式科学试验卫星

(相关资料图)

简单地说，返回式卫星就是在卫星上天之后，有一部分舱段要返回地球。这个舱段里装的是对地观测相机所拍摄的胶卷。之所以采用这种办法，是因为当年的数码相机技术还没有发展起来，要想拍摄地面上的目标，就必须用传统的化学胶片。拍摄完成之后，地面上的人们还是看不到卫星到底拍了些什么，所以就必须把胶卷送回地面来冲洗，这就产生了返回的需求。

美国返回式卫星

美国和苏联都开发了自己的返回式卫星。美国的型号最早叫做发现者号，它的研制动机，是美国用飞机秘密侦察苏联的时候，经常遭到拦截。特别是苏联地空导弹技术成熟之后，美国侦察机再也去不成了。美国第一代侦察卫星有个很好听的名字叫“太阳花”，但外界都叫它“锁眼”。

“锁眼”先后发展了9代，分辨率越来越高，体积越来越大。美国返回式卫星的极致产品，就是KH9侦察卫星，绰号“晶体”。这是一种非常巨大的型号，几乎有公共汽车那么大的体积，发射重量达到13吨。在它的外壳上，装着4个胶卷舱，拍完一个就扔回地球一个。所以“晶体”可以在太空里工作四五个月的时间。美国国家侦察局是“晶体”的主要用户。2012年，国家侦察局曾经把一颗晶体卫星的地面备份星送到华盛顿的美国国家航空航天博物馆展出，引起轰动，航天爱好者们纷纷前去合影留念。不过这颗卫星仅仅展览了几天就撤走了。

还有人认为，航天飞机也可以认为是一种返回式卫星。因为航天飞机的轨道器携带了高分辨率的相机，胶卷的宽度差不多有半米，比之前所有的返回式卫星都强大。只不过，后来的侦察任务都交给了传输型卫星，用胶卷拍摄的时代过去了。

苏联返回式卫星

苏联的返回式卫星特殊一些，它与载人飞船采用了完全相同的平台，这是因为苏联早期开发专用返回式卫星的努力遭到了失败。为了尽快形成军事侦察能力，苏联航天部门决定用已经成熟的东方号飞船作为基础，研制一种叫做天顶号的返回式卫星。天顶号卫星的工作非常成功，成为苏联时期最重要的卫星侦察手段。苏联时期发射的卫星当中，绝大多数都是返回式卫星。天顶号卫星先后发展了5代，包括初代天顶、天顶2、天顶4、天顶6和天顶8。天顶2和天顶4又各自发展出了改进型。天顶8一直使用到上世纪90年代，在1994年进行了最后一次发射。

天顶卫星的一个很大特点，就是源于载人飞船的返回舱很大，可以把相机和胶卷一起返回地面。苏联还曾用返回式卫星尝试过另类实时侦察，在卫星里设置一套冲洗设备，一边拍摄一边冲洗，然后用电视摄像机把胶片上的图像拍摄下来，直播传回地球。但是这项实验并不成功。

中国返回式卫星

中国研制的返回式卫星系列，从1975年开始发射，到2006年结束，前后发射了24颗，其中23颗发射成功，22颗返回成功，为中国的国土资源详查、普查和空间科学研究、航天育种做出了巨大的贡献。在很长一段时间里，返回式卫星是中国发射数量最多的卫星类型。

返回式卫星对于中国来说还有另外一层意义。我们在前文中说过，苏联是先掌握了飞船技术再衍生出返回式卫星技术，美国的飞船技术和返回式卫星技术基本上是各自独立发展的。而中国的情况则完全不同，返回式卫星的发展与成熟，为载人航天做了重要的技术积累。如果没有前期大量返回式卫星的成功发射、运行和返回，中国在研制神舟飞船关键技术的时候，可能要更加困难一些。

返回式卫星关键技术

返回式卫星有两项关键的技术。第一项是热防护。卫星以第一宇宙速度从太空进入大气层，产生剧烈的摩擦，如果没有恰当的防护技术，返回舱和里面所携带的胶卷以及科学实验设备，会全都化为灰烬。为此，返回舱采用了一种叫做烧蚀材料的技术，就是在卫星表面铺上厚厚的特殊材料，在高温环境之下，一边燃烧一边带走热量，有效保护卫星本体和里面的载荷。当速度降低到一定程度之后，就可以用降落伞来接替减速任务了。

第二个难关，是怎样在超音速的情况下使用降落伞。在我们的印象里，降落伞往往是白色或者彩色的圆形伞盖，但是在超音速条件下，这样的伞很快就会被猛烈的气流撕裂。因此，超音速伞看起来像一个稀疏的大网，用几根布带子起到减速的作用。当卫星的速度降低到音速以下，就可以使用我们常见的那种降落伞了。返回式卫星使用的降落伞是绚丽多彩的，这主要是为了让地面回收人员可以顺利、快速地找到它们。中国返回式卫星的传统着陆场在四川盆地，这主要是因为国防安全的需要，如果降落场太靠近边境，万一飘到国境之外，就会导致国家秘密的泄露。

中国的返回式卫星分为中分辨率的普查型、高分辨率的详查型和高精度的摄影定位型，以及专门服务于空间科学的实践8号。前三种为国土勘测作出了重要的贡献，拍摄了大量图像。返回式卫星携带的种子，经过空间辐射后产生了变异，而这种空间辐射条件，在地面上是无法模拟的。从太空返回的种子经过地面选育，形成了一大批优秀的农作物种子，包括甜瓜、辣椒、水稻、玉米等，为人们的舌尖增加了更多享受。

中国返回式卫星系列已经不再研制和发射，但是作为它们的后来者，神舟飞船正在不停地进行天地往返运作，嫦娥5号探测器把月球土壤样品送回了地球，这些都应用到了返回式卫星的技术。

关键词：空间科学地面上的