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把“空間站”建在地球上——走進我國航天領域首個大科學裝置

發布時間:2023-06-25 11:26:00來源: 新華社

 

  在距離地球400多公裏的軌道上,中國空間站遨遊蒼穹,成為(wei) 我國航天事業(ye) 的重要裏程碑之一。

  遙望祖國東(dong) 北角,一座被稱為(wei) “地麵空間站”的空間環境地麵模擬裝置前不久正式建設完成,進入試運行階段,諸多指標達到世界領先水平。

  作為(wei) 我國航天領域首個(ge) 大科學裝置,“地麵空間站”是國際上首個(ge) 綜合環境因素最多、可實現多尺度和跨尺度環境效應研究的綜合性研究裝置,將為(wei) 我國航天事業(ye) 發展及人類太空探索貢獻智慧和力量。

  圓夢:把“空間站”建到地球上

  空間環境嚴(yan) 苛複雜,不僅(jin) 航天器的可靠性受到考驗,航天員的健康安全也麵臨(lin) 挑戰。如何增強宇宙探索能力,是亟待解決(jue) 的難題。

  “要想飛得更遠、駐得更久、探得更細,就要更加了解空間環境。”空間環境地麵模擬裝置常務副總指揮、哈爾濱工業(ye) 大學空間環境與(yu) 物質科學研究院院長李立毅說,“地麵空間站”就是要在地球上建設一個(ge) 與(yu) 真實宇宙空間環境相似的基礎科學研究平台,相當於(yu) 把“空間站”建到地球上。

  “地麵空間站”位於(yu) 黑龍江省哈爾濱新區科技創新城,由哈爾濱工業(ye) 大學聯合中國航天科技集團承建。在建設園區,分布著“一大三小”四棟實驗樓,“一大”即空間綜合環境實驗樓,“三小”即空間等離子體(ti) 科學實驗樓、空間磁環境科學實驗樓和動物培養(yang) 室。

  按照設計規劃,“地麵空間站”可以模擬真空、高低溫、帶電粒子、電磁輻射、空間粉塵、等離子體(ti) 、弱磁場、中性氣體(ti) 、微重力等9大類空間環境因素,能夠闡釋空間環境對材料、器件、係統及生命體(ti) 的影響規律和作用機製。

  相較於(yu) 把實驗儀(yi) 器設備搬到太空,“地麵空間站”既能節省成本、減少安全隱患,又可以根據科學問題和工程需要,設置特定的環境因素,不受時空限製進行多次重複驗證,從(cong) 而打造更加安全便捷的實驗條件和科研手段。

  隨著圓形拱門緩緩移動,月塵艙映入眼簾,這便是“模擬月球”實驗艙。在一人多高的空間裏,一米見方的平台閃著銀光,懸置於(yu) 頂部的探照燈和射線源造型各異。

  團隊成員孫承月說,月塵艙攻克了多源輻照充電裝備集成、微小粉塵均勻淋撒、強靜電環境光學原位在線檢測等多項關(guan) 鍵技術,將為(wei) 我國探月工程、月球基地建設和載人航天等重大航天工程提供科研平台。

  “未來,許多需要抵達太空才能進行的實驗,在地麵上就能完成。”哈爾濱工業(ye) 大學空間環境與(yu) 物質科學研究院副院長閆繼宏說,這是科學家夢寐以求的。

  攻堅:把“冷板凳”坐熱

  談起“地麵空間站”的緣起,李立毅說,空間環境導致航天故障頻發,成為(wei) 製約航天器長壽命和高可靠運行的關(guan) 鍵所在。

  早在2005年,哈爾濱工業(ye) 大學開始聯合中國航天科技集團組建團隊,就空間環境與(yu) 物質相互作用基礎科學問題的研究平台條件展開調研和分析。

  “科技攻關(guan) 就是要奔著最緊迫的問題去。”哈爾濱工業(ye) 大學空間環境與(yu) 物質科學研究院副院長鄂鵬說,大科學裝置建設對諸多基礎前沿研究、戰略高技術研究起著重要支撐作用。

  經過相關(guan) 領域科學家和有關(guan) 部門的反複論證、審慎決(jue) 策,2015年9月,“空間環境地麵模擬裝置”立項獲批;

  2017年1月,其可行性研究獲批,同年7月,裝置初步設計獲批,年底開工建設;

  2019年9月,哈爾濱工業(ye) 大學空間環境與(yu) 物質科學研究院成立,團隊從(cong) 籌建之初的幾個(ge) 人增加到百餘(yu) 人,覆蓋物理、材料、機電、電氣、化工、航天、生命等多個(ge) 學科;

  2023年2月,哈爾濱工業(ye) 大學空間環境與(yu) 物質作用前沿科學中心獲批立項建設……

  不同於(yu) 其他科研項目和基礎設施,大科學裝置既是一個(ge) 科學項目,又是一個(ge) 工程項目,兼具科學研究與(yu) 工程建設的雙重特性,技術難度大、周期長、風險高,可借鑒經驗幾乎空白。

  作為(wei) “地麵空間站”的重要組成部分,零磁空間環境的目標是構建一個(ge) 屏蔽外界環境磁場幹擾的近零磁空間。在導師帶領下,“90後”團隊成員孫芝茵讀博時,創新提出“套娃”式磁屏蔽設計方案。

  “地麵空間站”離子加速器係統主任設計師劉劍利回憶說,由於(yu) 大量設備沒有成熟產(chan) 品,團隊需要從(cong) 零起步。設計、加工、安裝、調試運行、數據分析……每一個(ge) 環節都要拿出“120%的精力”投入。

  “作為(wei) 科研‘國家隊’,不能隻考慮我會(hui) 做什麽(me) 、能做什麽(me) ,更要考慮該做什麽(me) 、要做什麽(me) ”“摸著石頭過河,哪裏有石頭就把哪裏的石頭搬走”……團隊成員坦言,大科學裝置通常需要三四百人的團隊,但“地麵空間站”約百人就完成了,周末假期不休息、一天工作十幾個(ge) 小時是常態,很多時候“一個(ge) 人當兩(liang) 個(ge) 人用”。

  “‘地麵空間站’為(wei) 什麽(me) 能?關(guan) 鍵要靠自主創新,拿出了‘鋼牙啃硬骨頭’的勁頭。”哈爾濱工業(ye) 大學校長、空間環境地麵模擬裝置總師韓傑才說,學校聯合多家協作單位不斷攻關(guan) ,科研探索始終貫穿建設之中,實現同步推進。

  展望:拉開科技交流合作新篇章

  夏日的哈爾濱,草木蔥蘢。來自華中科技大學物理學院引力中心的“95後”博士研究生俞遠陽坐在零磁裝置前,仔細觀測電腦屏幕上的實驗數據。他將在這裏進行為(wei) 期一個(ge) 月的引力波探測相關(guan) 試驗。

  “我們(men) 使用的關(guan) 鍵部件磁性很弱,在特定零磁環境下,才能得到更精準的測量結果。”俞遠陽說,“地麵空間站”是國之重器,更是科研利器,將助推一大批科研成果產(chan) 出。

  眼下,國內(nei) 外科學家競相申請進入“地麵空間站”開展科學實驗。110餘(yu) 家機構已簽署用戶協議,覆蓋30多個(ge) 國家和地區。

  大科學裝置承載著人類探索未知世界的美好願望,更吸引著一批青年科技工作者。他們(men) 來自多個(ge) 高校和科研院所,將自身成長成才與(yu) 國家發展需求更緊密地結合。

  今年,“80後”聶秋月迎來在哈爾濱工業(ye) 大學任教的第十個(ge) 年頭。2014年,她從(cong) 清華大學博士後工作站出站後,毅然選擇一路北上,參與(yu) 到空間等離子體(ti) 環境模擬與(yu) 研究係統的研製工作。

  “大科學裝置將成為(wei) 搶占科技競爭(zheng) 製高點的一個(ge) 新的策源地。”從(cong) 南方一所高校到哈爾濱工業(ye) 大學任職的金成剛說,從(cong) 航天電子元器件檢驗到引力波探測,從(cong) 農(nong) 業(ye) 育種到生命科學實驗,越來越多科研攻關(guan) 將在這裏展開,越來越多高層次科研人才將在這裏匯聚。

  當前,“地麵空間站”建設的溢出效應已經顯現,已累計獲得國際和國內(nei) 發明專(zhuan) 利80餘(yu) 項,將在腦科學、生命健康、高端儀(yi) 器、輻照育種等方麵發揮重要作用。

  業(ye) 內(nei) 人士坦言,在新一輪科技革命和產(chan) 業(ye) 變革驅動下,“地麵空間站”有望解決(jue) 航天產(chan) 品一體(ti) 化設計、模塊化製造、空間環境適應性等方麵的瓶頸問題,帶動衛星製造、電子信息、人工智能、新材料、生物醫學等新興(xing) 產(chan) 業(ye) 發展。

  創新無止境,謀創新就是謀未來。哈爾濱工業(ye) 大學黨(dang) 委書(shu) 記熊四皓說,學校將努力把“地麵空間站”打造成先進技術研究與(yu) 工程應用平台,為(wei) 科技強國建設、探尋未知奧秘作出更大貢獻。

  文字記者:楊思琪

  視頻記者:楊思琪、王大禹

  海報設計:常清潭

  編輯:李歡、郝靜、李安、鄔金夫、程昊

  統籌:王潔、方思賢

(責編:常邦麗)

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