七年磨一劍山東大學(xué)“助熱”粒子太空探測
[提要] 美國東部時間5月16日8時56分(北京時間5月16日20點(diǎn)56分),由諾貝爾獎獲得者丁肇中教授領(lǐng)銜、山東大學(xué)程林教授擔(dān)任熱系統(tǒng)首席科學(xué)家參與研制的“阿爾法磁譜儀2(AMS–02)”,搭乘美國“奮進(jìn)”號航天飛機(jī)從美國佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心升空,標(biāo)志著粒子太空探測新時代的開始。山東大學(xué)在磁譜儀項(xiàng)目所有參與機(jī)構(gòu)中第一個完成任務(wù),得到了美國國家航空航天局的高度評價。
美國東部時間5月16日8時56分(北京時間5月16日20點(diǎn)56分),由諾貝爾獎獲得者丁肇中教授領(lǐng)銜、山東大學(xué)程林教授擔(dān)任熱系統(tǒng)首席科學(xué)家參與研制的“阿爾法磁譜儀2(AMS–02)”,搭乘美國“奮進(jìn)”號航天飛機(jī)從美國佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心升空,標(biāo)志著粒子太空探測新時代的開始。
山東大學(xué)在AMS–02項(xiàng)目中承擔(dān)了重要部分——熱系統(tǒng)的研發(fā)。熱系統(tǒng)首席科學(xué)家程林和他的研究團(tuán)隊(duì)在該項(xiàng)目中首次成功解決了帶電磁鐵太空運(yùn)行的溫度控制這一關(guān)鍵科學(xué)難題。
山東大學(xué)在磁譜儀項(xiàng)目所有參與機(jī)構(gòu)中第一個完成任務(wù),得到了美國國家航空航天局的高度評價。
七年磨一劍
程林接受記者采訪時說,AMS項(xiàng)目是上世紀(jì)末和本世紀(jì)初世界上最重要的科學(xué)工程之一,其物理學(xué)使命是在太空中探索暗物質(zhì)和反物質(zhì)的存在,是人類在太空中進(jìn)行的最大規(guī)模的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。項(xiàng)目匯集了來自16個國家和地區(qū)的56個科研機(jī)構(gòu)的600余名科學(xué)家,歷時近20年,耗資20億美元。
山東大學(xué)于2004年加入AMS項(xiàng)目組,全面負(fù)責(zé)其熱系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì),程林擔(dān)任首席科學(xué)家。AMS熱系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng),涉及熱能工程、機(jī)械制造、材料科學(xué)、電子信息等多個領(lǐng)域,沒有任何成功的經(jīng)驗(yàn)和先例可供借鑒。
在太空中,90分鐘內(nèi)溫度在-40℃和60℃之間循環(huán)變化,熱系統(tǒng)需要應(yīng)對的復(fù)雜性可想而知。同時,AMS各探測器及電子設(shè)備對熱控制要求極其苛刻,各探測器的工作溫度變化必須維持在1℃內(nèi)。可以說,熱系統(tǒng)研制的水平及質(zhì)量直接決定著AMS的工作狀態(tài)、運(yùn)行壽命及實(shí)驗(yàn)的可靠性。
山東大學(xué)先后有30余位學(xué)者和博士研究生長期在歐洲核子中心工作。程林作為第一責(zé)任人,與來自美國麻省理工學(xué)院等不同單位的30多位科學(xué)家一起,對AMS在各個季節(jié)的溫度、運(yùn)行方式以及空間站的方位做了全部的熱模型和熱模擬,提出了不同結(jié)構(gòu)形式的散熱元件,保證了系統(tǒng)的高效散熱以及溫度場的均勻性和穩(wěn)定性。此外,還設(shè)計(jì)了AMS在國際空間站環(huán)境下運(yùn)行的熱系統(tǒng)。整體設(shè)計(jì)通過了美國國家航空航天局的嚴(yán)格評估與實(shí)驗(yàn)。
作為AMS熱系統(tǒng)研發(fā)單位,未來10年中,山東大學(xué)AMS中心將通過對國際空間站傳輸?shù)暮Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分析,實(shí)時監(jiān)控AMS熱系統(tǒng)在國際空間站軌道、運(yùn)行狀態(tài)、太陽照度、星體反射常數(shù)和地球溫度變化環(huán)境下的工作狀況,保證AMS正常運(yùn)行。
新技術(shù)的“擺渡人”
熱管是目前已知的傳熱效率最高的傳熱元件,被廣泛應(yīng)用于新能源開發(fā)、電子芯片冷卻、化工、動力、冶金、建材等領(lǐng)域的熱量轉(zhuǎn)換及回收。國內(nèi)從上世紀(jì)80年代開始開發(fā)使用熱管,目前產(chǎn)值在200億元-300億元之間。但應(yīng)用于大規(guī)模集成電路、深冷、航空航天等領(lǐng)域的環(huán)路熱管,目前基本被美國等極少數(shù)國家壟斷。我國既缺乏真正有效的自主知識產(chǎn)權(quán),又受到嚴(yán)格的技術(shù)封鎖與限制,因此未見批量生產(chǎn)。
通過參與AMS項(xiàng)目,山東大學(xué)開發(fā)了10余項(xiàng)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)傳熱技術(shù),是目前我國不具備甚至是在今后一個時期也很難自主研發(fā)的,這些技術(shù)孕育著巨大的產(chǎn)業(yè)化潛力。山東大學(xué)研制的新型環(huán)路熱管,是項(xiàng)目產(chǎn)生的最具代表性、最具實(shí)用性的典型成果,其性能達(dá)到目前世界上最優(yōu)異的水平。高精度熱控制技術(shù)、環(huán)路熱管技術(shù)和大功率熱機(jī)械泵等,不僅具有世界領(lǐng)先水平,也具有批量生產(chǎn)的能力和廣闊的應(yīng)用前景。
2008年11月,丁肇中教授在拜會山東省委書記姜異康時曾表示,因?yàn)橐陨綎|大學(xué)程林教授為首席科學(xué)家的熱科學(xué)團(tuán)隊(duì)為AMS作出了非常重要的貢獻(xiàn),按照國際慣例,山東大學(xué)應(yīng)該分享AMS的所有成果,AMS中的先進(jìn)傳熱技術(shù)可以在山東進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。
山東大學(xué)成為了新技術(shù)的“擺渡人”,多項(xiàng)國際前沿成果可以順利在我國實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。目前,環(huán)路熱管技術(shù)已經(jīng)開始中試研究。經(jīng)過一個完整的產(chǎn)品中試過程和相關(guān)產(chǎn)業(yè)化的實(shí)施,將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
延伸閱讀
山東大學(xué)王小云教授的密碼學(xué)研究震驚世界；2010年8月,山東大學(xué)彭實(shí)戈院士作為中國大陸第一人在世界數(shù)學(xué)家大會上做一小時報告；山東大學(xué)何瑁教授團(tuán)隊(duì)為歐洲核子中心強(qiáng)子對撞實(shí)驗(yàn)研發(fā)了400臺探測器成為試驗(yàn)成功的重要成功基石；山東大學(xué)張運(yùn)院士的團(tuán)隊(duì)在心血管病方面的研究已經(jīng)走到國際前沿……
程林,1962年生,淄博市博山區(qū)人。現(xiàn)為山東大學(xué)能源與動力工程學(xué)院學(xué)術(shù)委員會主任、山東大學(xué)空間熱科學(xué)研究中心主任、山東能源學(xué)會理事長。入選國家百千萬人才工程,是國家有突出貢獻(xiàn)的中青年專家,國務(wù)院政府特殊津貼獲得者,2005年入選“泰山學(xué)者”。獲國家科技進(jìn)步二等獎兩項(xiàng)。
程林1983年畢業(yè)于山東大學(xué)動力工程專業(yè),繼而在這里獲工學(xué)碩士,在東南大學(xué)獲工學(xué)博士學(xué)位。程教授是山東省政協(xié)常委、省青聯(lián)副主席。談到自己的業(yè)余愛好,程教授表示很喜歡讀文學(xué)、哲學(xué)方面的書,如《魯迅全集》《胡適全集》等。
