梦天舱最火热实验柜太空安全玩火攻略

发布时间：2022-11-28 09:21 所属栏目：15 来源：互联网

导读：一个要在天上玩火，一个要在天上炼丹，中国空间站梦天实验舱中这两个科学实验柜堪称最火热的一对燃烧科学实验柜和高温材料科学实验柜。日前，实验柜主任设计师等研制人员向《中国科学报》揭秘了梦天舱如何点燃太空中最热的一把火。 1600度的炼丹炉 1600℃！

　　一个要在天上“玩火”，一个要在天上“炼丹”，中国空间站梦天实验舱中这两个科学实验柜堪称最火热的一对——燃烧科学实验柜和高温材料科学实验柜。

　　日前，实验柜主任设计师等研制人员向《中国科学报》揭秘了梦天舱如何点燃太空中最热的一把火。

　　1600度的“炼丹炉”

　　1600℃！这是梦天舱高温材料科学实验柜的最高工作温度，也是国际空间站科学实验舱能够达到的最高温度。

　　铜的熔点是1085℃、单晶硅是1410℃……实验柜的工作温度越高，能研究的范围就越大，出现变革性成果的可能性也越大。在太空中做材料科学研究，几乎是每一位材料学家的梦想。

　　“空间站的重力只有0.001～0.000001个加速度，很可能出现地面无法制备的材料。”中科院上海硅酸盐研究所研究员、高温材料科学实验柜科学实验系统主任设计师刘学超表示。

　　但中国科学家要实现梦想却不易。在国际空间站上，美国命运号实验舱最高工作温度达到1400度、欧洲哥伦布号1400度、日本希望号1600度、俄罗斯科学号1200度。

　　“过去我们没有资源，现在有了很好的机会，我们在立项时就确定，所有技术指标不低于国际空间站同类装置。”刘学超说。

　　他们说到做到，目前，高温材料科学实验柜一系列指标国际领先：温度稳定度达到正负0.2℃、自动化样品数量为16支、首次采用X射线实时观察。

　　一次性批量处理16支样品打破了日本希望号GHF材料实验装置15支的记录。这意味着，航天员挂上16支样品之后，几个月都不需要进行任何操作，实验柜将自主完成所有实验，大大提高效率和精度。

　　中科院上海硅酸盐研究所副研究员、高温材料科学实验柜科学实验系统主管设计师张明辉表示，批次实验有点像“左轮手枪的弹匣”，依次轮转进行实验；而对整个实验过程实时拍照的CCD相机则像是“太上老君的童子”，时刻守护着“炼丹炉”。

　　据了解，为了提高空间实验成功率，科学家在地面进行了大量匹配实验，和空间实验的比例达到95:5。台上一分钟，台下十年功。张明辉说：“我们这里是天上一次加热实验，地面千锤百炼。”

　　多重手段确保绝对安全

　　“去空间站玩火是不是太危险了？”从梦天舱燃烧科学实验柜立项第一天，这样的质疑就不绝于耳。

　　但是，燃烧现象同人类生活息息相关，空间燃烧实验更是有望产生重大科学成果，也是全球热点方向。

　　中科院工程热物理研究所研究员、燃烧科学实验柜科学实验系统主任设计师郑会龙表示，在太空去除了对流的影响，可以深层次理解燃烧机理，有助于航空航天发动机研究、新材料合成、PM2.5产生机理分析等。

　　“我们的空间实验开展得晚，但也因此具有了后发优势。”郑会龙表示，梦天舱燃烧科学实验柜通用性强，功能强大，传感器最高可测3000℃高温，高速相机每秒钟可拍摄3000张照片，将面向全世界科学家开放申请科研项目。

　　同时，为了保证燃烧实验的绝对安全，研制团队采取了多重措施：实验中火苗最大只有3个生日蜡烛的燃烧量，而燃烧室能承受9个大气压的压力；燃料同氧气隔绝放置，防止意外；燃烧产物多重过滤回收，保证航天员生命健康；此外还设定了很多预警系统。

　　高温材料科学实验柜则在国际上首次将X射线装置搬到了空间站。航天科技集团兰州空间技术物理研究所高级工程师、高温材料科学实验柜科学实验系统副主任设计师孙晋川表示，X射线实验装置是空间科学实验的“火眼金睛”，可以通过可视化手段，获得材料样品在制备过程中的实时图像信息和数据。

　　为了避免X射线对航天员的健康影响。研制团队设计了一套屏蔽吸收系统，就算装置满功率输出，X射线溢出量也远低于国家标准。

　　高温材料科学实验柜还通过技术攻关，实现了内部1600度、外部低于40度的效果，航天员摸起来不冷不热，跟自己体温差不多。

　　交一份完美答卷

　　10月31日下午3点半，梦天舱随着长征五号运载火箭发射升空。在文昌现场观看发射的刘学超、郑会龙等人激动地在草坪上飞奔起来。

　　那一刻，除了自豪，更是百感交集。

　　所有技术指标不低于国际同类装置，还有许多国际首次，意味着必定要经历艰苦的攻关过程。6年时间，已经数不清失败过多少次。

　　有一次，加热陶瓷结构件接连三次断裂，每次都要重新设计、开模、实验。最后一次上力学台前，同事跟刘学超说，自己昨晚梦见陶瓷又裂了。刘学超苦笑：巧了，我也做了一样的梦。还好，那次实验终于通过了。

　　为了批量放置16个样品，来自中科院沈阳自动化研究所的技术专家前后做了10套方案，怎么都放不下。但他们告诉自己，不行，一定要放下。最终通过不断迭代设计，将空间用到极致，16个放下了。

　　为了总重量不超标，高温材料科学实验柜设计方案历经五轮减重，在保证先进性、安全性的同时从每个细节抠重量。最后一轮时孙晋川笑称：“能不能别减柜子了，我自己体重减了好几斤。”

　　多少次觉得“坚持不下去了”，但最终还是爬起来成为“打不死的小强”。回头再看，孙晋川自信地说：“这些攻克下来的具体技术都成为我们掌握的核心技术。”

　　在这场全国大协作中，来自全国各顶尖科研机构的专家们也结下了深厚的战斗友谊。“没有这么多单位的支持，我们无法在短时间内完成这么复杂的工程，体现了我们国家强大的设计、科研和集成能力。”郑会龙说。

　　尤其是最近几年，为了保障后墙不倒，大家没有节假日，顶着疫情的风险一出差就是一个月。今年春节，来自全国各地的研制团队齐聚北京，进行正样机交付前最后的调试，除夕工作到凌晨一两点，大年初一早上八点又来到现场工作。

　　“我们整个团队几乎都拼了老命。”郑会龙说：“既然承担了国家任务，就要交一份完美的答卷，这就是航天精神，也是我国航天事业能够不断超越自我的根本原因。”

（编辑：ASP站长网）