“夢天”啟程太空 510所完美體現(xiàn)“中國智造”

　　記者獲悉，此次“夢天”啟程太空，510所再次聚力出發(fā)，配套的科學(xué)裝置除了音頻單元、照明裝置等一系列“太空家居”等，還搭載著三臺(tái)重要的科學(xué)裝置：空間高效自由活塞斯特林熱電轉(zhuǎn)換裝置、X射線透射成像系統(tǒng)及高溫爐及批量樣品管理系統(tǒng)。這些產(chǎn)品凝結(jié)著510所科研人員的智慧與心血，乘坐“夢天”再次駛向太空深處，展示的是510所在空間科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的雄厚實(shí)力，彰顯的是510所勇攀科學(xué)高峰的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

　　空間高效自由活塞斯特林熱電轉(zhuǎn)換裝置：

　　最先進(jìn)的探索空間高效電源新技術(shù)

　　據(jù)悉，空間高效自由活塞斯特林熱電轉(zhuǎn)換裝置作為“夢天”實(shí)驗(yàn)艙艙內(nèi)的驗(yàn)證項(xiàng)目之一，安裝在航天基礎(chǔ)試驗(yàn)機(jī)柜內(nèi)。作為獨(dú)立系統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)K，是目前國內(nèi)最先進(jìn)的空間能源轉(zhuǎn)換裝置。

　　斯特林熱電轉(zhuǎn)換裝置可將放射性同位素?zé)崮苻D(zhuǎn)換為電能，屬于“動(dòng)態(tài)”空間同位素電源系統(tǒng)中最先進(jìn)的技術(shù)，相較于傳統(tǒng)的“靜態(tài)”同位素溫差轉(zhuǎn)換電源技術(shù)，具有高效率、高比功率等顯著特點(diǎn)。目前，國際上尚未開展斯特林熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的空間應(yīng)用。

　　此次“夢天”空間科學(xué)試驗(yàn)的目的是為了進(jìn)一步驗(yàn)證在空間環(huán)境下該項(xiàng)技術(shù)的適應(yīng)性及可靠性，獲得該技術(shù)在軌飛行應(yīng)用數(shù)據(jù)，進(jìn)而結(jié)合在軌飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化工程樣機(jī)，加快飛行樣機(jī)的研制，為我國空間先進(jìn)電源技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)支持，為未來“深空探測”計(jì)劃提供技術(shù)儲(chǔ)備。

　　作為未來空間任務(wù)的高效“能源供應(yīng)系統(tǒng)”，斯特林熱電轉(zhuǎn)換裝置的核心技術(shù)之一是維持其內(nèi)部兩個(gè)活塞的高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該項(xiàng)目中，510所創(chuàng)新設(shè)計(jì)了“模塊化”的集成結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)高溫高頻工況下雙自由活塞的精確控制，從而將熱能高效轉(zhuǎn)換為電能。在項(xiàng)目周期只有1年的情況下，510所科研人員在航天精神的指引下，深耕細(xì)作，篤行致遠(yuǎn)，打破國外對該技術(shù)的封鎖，先后攻克了活塞高溫高頻運(yùn)動(dòng)間隙密封、雙機(jī)對置與控制、多目標(biāo)參數(shù)耦合及保持等8項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。整機(jī)在地面測試中其熱電轉(zhuǎn)換效率為24.4%，性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。

　　此次“夢天”實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的驗(yàn)證試驗(yàn)，標(biāo)志著510所在國際上首次實(shí)現(xiàn)了斯特林熱電轉(zhuǎn)換裝置的空間應(yīng)用，具有“里程碑”式的重大意義。未來510所將聚焦百瓦級(jí)空間斯特林熱電轉(zhuǎn)換裝置的研制及應(yīng)用，爭取在該技術(shù)領(lǐng)域保持國際領(lǐng)先水平。

　　X射線透射成像系統(tǒng)：

　　“中國智造”跨越式的突破

　　此次“夢天”任務(wù)，510所科研人員成功研制了X射線透射成像系統(tǒng)（以下簡稱X射線系統(tǒng)），巧妙地利用X射線透射成像這一目前最先進(jìn)的觀測方法，實(shí)現(xiàn)了在空間環(huán)境中對材料實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行“在線”實(shí)時(shí)觀察，可獲得空間材料樣品制備過程中的固/液界面形態(tài)、界面輸運(yùn)效應(yīng)等實(shí)時(shí)科學(xué)數(shù)據(jù)，對于認(rèn)知材料物理與化學(xué)過程的本征規(guī)律，指導(dǎo)和推動(dòng)地基材料制備工藝和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，服務(wù)于高技術(shù)進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)都具有重要意義。

　　X射線系統(tǒng)作為空間站材料實(shí)時(shí)觀察實(shí)驗(yàn)主載荷，也是“世界第一”臺(tái)在載人航天器中使用X射線透射成像原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的科學(xué)裝置。在載人航天器環(huán)境中，最核心的焦點(diǎn)是對航天員的保護(hù)，因此如何在資源與空間受限的情況下實(shí)現(xiàn)X射線的完全屏蔽，同時(shí)還能承受隨火箭上行時(shí)的力學(xué)環(huán)境的考驗(yàn)，是擺在科研人員面前的首要難題，也是保證“夢天”艙安全性的重中之重。

　　510所科研人員集智群策，勇趟科研“深水區(qū)”，在大量的分析與試驗(yàn)總結(jié)下，設(shè)計(jì)的綜合屏蔽結(jié)構(gòu)，既保證了裝置在火箭上行時(shí)的力學(xué)可靠性，也確保了航天員的在軌安全。同時(shí)成功研制了空間成像結(jié)構(gòu)，使裝置的最高分辨率可達(dá)3μm，最大視場達(dá)30mm×20mm，最大穿透厚度為6mm，滿足絕大多種類材料的實(shí)驗(yàn)需求，也使X射線系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)了從專用設(shè)備到通用設(shè)備的轉(zhuǎn)變。與此同時(shí)，科研人員還攻克了加熱區(qū)高溫情況下核心部件有效防護(hù)、在軌人機(jī)更換操作等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，提高了核心功能部組件的可靠性，大大提升了設(shè)備的壽命。

　　X射線系統(tǒng)作為太空中唯一的X射線透射成像空間實(shí)驗(yàn)設(shè)備，是具有歷史意義的科學(xué)裝置，為材料界提供了多種類型材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要條件，目前已接受國內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)的材料實(shí)驗(yàn)申請。

　　X射線系統(tǒng)的研制凝結(jié)著510所科研團(tuán)隊(duì)大量心血。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員充分發(fā)揮“載人航天精神”，使中國空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置從最初向國外同類裝置的模仿，到追趕，再到現(xiàn)在的引領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)了跨越式的突破，是“中國智造”的完美體現(xiàn)。

　　高溫爐及批量樣品管理系統(tǒng)：

　　具象化的“八卦爐”

　　在“夢天”實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)，510所研制的“天宮八卦爐”——高溫爐及批量樣品管理系統(tǒng)（以下簡稱高溫爐）將神秘、奇幻的中國神話轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。作為“夢天”高溫材料溶固實(shí)驗(yàn)主載荷，高溫爐系統(tǒng)是具有“多溫場聯(lián)動(dòng)、多功能制備、全自動(dòng)壓控”等特點(diǎn)的全新綜合型空間材料試驗(yàn)設(shè)備，其內(nèi)部有諸多“黑科技”，精密傳動(dòng)單元可為系統(tǒng)提供14種試驗(yàn)工況配置，使我國空間材料設(shè)備首次具備溫場“區(qū)熔”功能，實(shí)現(xiàn)了“天上煉丹”技術(shù)的終極奧義；全新的材料制備方法，改變了我國同類設(shè)備工況少、功能單一的狀況，打破了國外技術(shù)壟斷；綜合熱控單元給設(shè)備建立了溫度梯度，實(shí)現(xiàn)了材料制備溫度的高穩(wěn)定性，讓航天員們在親自操作時(shí)“手感溫度剛剛好”。

　　在510所科研團(tuán)隊(duì)七年夜以繼日、辛勤汗水的澆灌下，高溫爐系統(tǒng)的性能與技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，受到了多國空間高溫材料科研人員的追捧，為我國乃至世界空間高溫材料科學(xué)研究提供了平臺(tái)與保障，成為太空“明星”中最亮的那顆。

　　艙外云臺(tái)燈：

　　逐夢蒼穹必備的光影“魔術(shù)手”

　　510所在“夢天”任務(wù)中還承擔(dān)了以“艙外云臺(tái)燈”為代表的系列照明產(chǎn)品研制，助力“夢天”實(shí)驗(yàn)艙逐夢蒼穹。艙外云臺(tái)燈發(fā)射時(shí)收攏在工作艙艙壁，入軌后第一個(gè)展開并鎖定。依靠其多自由度云臺(tái)的方位角度、俯仰角度動(dòng)態(tài)特性提供空間站艙外的動(dòng)態(tài)照明、伴隨照明，用于支持航天員出艙活動(dòng)和監(jiān)視攝像，以及“太空實(shí)驗(yàn)室”艙外不同照度需求下的高度調(diào)整，同時(shí)能夠滿足中繼天線、太陽翼在陰照區(qū)展開、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)監(jiān)視攝像的照度需求，并具備在軌維修功能。

　　作為中國空間站中名副其實(shí)的光影“魔術(shù)手”，510所研制的艙外云臺(tái)燈不僅為航天員長期在軌駐留及開展艙外維修、科研活動(dòng)提供良好的照明，也將為航天員的出艙活動(dòng)和拍攝“太空大片”提供美輪美奐的光影效果。

　　配套軟件產(chǎn)品：

　　全天候、全方位保障太空實(shí)驗(yàn)

　　510所為“夢天”實(shí)驗(yàn)艙研制配套的各分系統(tǒng)軟件產(chǎn)品作為太空實(shí)驗(yàn)的可靠力量，為“夢天”執(zhí)行太空任務(wù)提供全天候、全方位的保障護(hù)航。儀表照明分系統(tǒng)的音頻單元軟件和FPGA軟件能高效的實(shí)現(xiàn)報(bào)警、電話任務(wù)和會(huì)議功能，為實(shí)現(xiàn)航天員與地面的“天地通話“搭建了”太空信號(hào)線”；云臺(tái)控制器配套軟件負(fù)責(zé)完成艙外云臺(tái)燈伺服轉(zhuǎn)動(dòng)控制及調(diào)光控制，為實(shí)現(xiàn)太空“光影魔術(shù)”提供技術(shù)支撐；斯特林熱電轉(zhuǎn)換控制器配套軟件作為它的“智慧大腦”完成加熱控制、發(fā)電控制、參數(shù)采集及故障檢測等功能，確保試驗(yàn)裝置在軌運(yùn)行期間的功率能穩(wěn)定輸出。“夢天”艙中的“小門神”——快速檢漏儀其控制軟件主要實(shí)現(xiàn)閥門驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集監(jiān)測、漏率計(jì)算和總線通訊等功能。為“夢天”艙“交會(huì)對接”及航天員出艙過程中發(fā)揮重要作用。

　　蘭州日報(bào)社全媒體記者 華靜