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探索空间高效电源新技术 这些科学装置踏上“梦天之旅”

10月31日,空间站梦天实验舱在中国文昌航天发射场发射升空。此次梦天启程太空,搭载着三台由中国航天科技集团有限公司五院510所(以下简称510所)研发的重要科学装置:空间高效自由活塞斯特林热电转换装置、X射线透射成像系统和高温炉及批量样品管理系统。这些凝结着科研人员智慧与心血的产品,驶向了太空深处。

探索空间高效电源新技术

空间高效自由活塞斯特林热电转换装置作为梦天实验舱舱内的验证项目之一,安装在航天基础试验机柜内。作为独立系统试验模块,是目前国内最先进的空间能源转换装置。

负责该装置的高级工程师张安介绍,斯特林热电转换装置可将放射性同位素热能转换为电能,属于“动态”空间同位素电源系统中最先进的技术,相较于传统的“静态”同位素温差转换电源技术,具有高效率、高比功率等显著特点。目前,国际上尚未开展斯特林热电转换技术的空间应用。

张安说,此次空间科学试验的目的是进一步验证在空间环境下该项技术的适应性及可靠性,获得该技术在轨飞行应用数据,进而结合在轨飞行试验数据优化工程样机,加快飞行样机的研制,为我国空间先进电源技术的发展提供技术支持,为未来“深空探测”计划提供技术储备。

“在线”实时观察材料实验过程

此次任务,510所科研人员成功研制了X射线透射成像系统(以下简称X射线系统),巧妙地利用X射线透射成像这一目前最先进的观测方法,实现了在空间环境中对材料实验过程进行“在线”实时观察,可获得空间材料样品制备过程中的固/液界面形态、界面输运效应等实时科学数据,对于认知材料物理与化学过程的本征规律,指导和推动地基材料制备工艺和战略性新兴产业发展具有重要意义。

负责该装置的高级工程师孙晋川介绍,X射线系统作为空间站材料实时观察实验主载荷,也是“世界第一”台在载人航天器中使用X射线透射成像原理进行实验的科学装置。他说:“在载人航天器环境中,最核心的焦点是对航天员的保护,因此如何在资源与空间受限的情况下实现X射线的完全屏蔽,同时还能承受随火箭上行时的力学环境的考验,是摆在科研人员面前的首要难题,也是保证梦天舱安全性的重中之重。”

科研人员集智群策,勇趟科研“深水区”,在大量的分析与试验总结下,设计的综合屏蔽结构,既保证了装置在火箭上行时的力学可靠性,也确保了航天员的在轨安全。同时成功研制了空间成像结构,使装置的最高分辨率可达3μm,最大视场达30mm×20mm,最大穿透厚度为6mm,满足绝大多种(类)材料的实验需求,也使X射线系统成功实现了从专用设备到通用设备的转变。

“神话八卦炉”功能多样

在梦天实验舱内,510所研制的“天宫八卦炉”——高温炉及批量样品管理系统(以下简称高温炉)将神秘、奇幻的中国神话转化为现实。作为实验舱高温材料溶固实验主载荷,高温炉系统是具有“多温场联动、多功能制备、全自动压控”等特点的全新综合型空间材料试验设备,其内部有诸多“黑科技”,精密传动单元可为系统提供14种试验工况配置,使我国空间材料设备首次具备温场“区熔”功能;全新的材料制备方法,改变了我国同类设备工况少、功能单一的状况,打破了国外技术垄断;综合热控单元给设备建立了温度梯度,实现了材料制备温度的高稳定性,让航天员们在亲自操作时“手感温度刚刚好”。

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