七年磨一劍山東大學“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56分),由諾貝爾獎獲得者丁肇中教授領銜、山東大學程林教授擔任熱系統首席科學家參與研制的“阿爾法磁譜儀2(AMS–02)”,搭乘美國“奮進”號航天飛機從美國佛羅里達州肯尼迪航天中心升空,標志著粒子太空探測新時代的開始。山東大學在磁譜儀項目所有參與機構中第一個完成任務,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56分),由諾貝爾獎獲得者丁肇中教授領銜、山東大學程林教授擔任熱系統首席科學家參與研制的“阿爾法磁譜儀2(AMS–02)”,搭乘美國“奮進”號航天飛機從美國佛羅里達州肯尼迪航天中心升空,標志著粒子太空探測新時代的開始。
山東大學在AMS–02項目中承擔了重要部分——熱系統的研發。熱系統首席科學家程林和他的研究團隊在該項目中首次成功解決了帶電磁鐵太空運行的溫度控制這一關鍵科學難題。
山東大學在磁譜儀項目所有參與機構中第一個完成任務,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項目是上世紀末和本世紀初世界上最重要的科學工程之一,其物理學使命是在太空中探索暗物質和反物質的存在,是人類在太空中進行的最大規模的科學實驗。項目匯集了來自16個國家和地區的56個科研機構的600余名科學家,歷時近20年,耗資20億美元。
山東大學于2004年加入AMS項目組,全面負責其熱系統的研究與設計,程林擔任首席科學家。AMS熱系統是一個非常復雜的系統,涉及熱能工程、機械制造、材料科學、電子信息等多個領域,沒有任何成功的經驗和先例可供借鑒。
在太空中,90分鐘內溫度在-40℃和60℃之間循環變化,熱系統需要應對的復雜性可想而知。同時,AMS各探測器及電子設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。可以說,熱系統研制的水平及質量直接決定著AMS的工作狀態、運行壽命及實驗的可靠性。
山東大學先后有30余位學者和博士研究生長期在歐洲核子中心工作。程林作為第一責任人,與來自美國麻省理工學院等不同單位的30多位科學家一起,對AMS在各個季節的溫度、運行方式以及空間站的方位做了全部的熱模型和熱模擬,提出了不同結構形式的散熱元件,保證了系統的高效散熱以及溫度場的均勻性和穩定性。此外,還設計了AMS在國際空間站環境下運行的熱系統。整體設計通過了美國國家航空航天局的嚴格評估與實驗。
作為AMS熱系統研發單位,未來10年中,山東大學AMS中心將通過對國際空間站傳輸的海量數據進行存儲和分析,實時監控AMS熱系統在國際空間站軌道、運行狀態、太陽照度、星體反射常數和地球溫度變化環境下的工作狀況,保證AMS正常運行。
新技術的“擺渡人”
熱管是目前已知的傳熱效率最高的傳熱元件,被廣泛應用于新能源開發、電子芯片冷卻、化工、動力、冶金、建材等領域的熱量轉換及回收。國內從上世紀80年代開始開發使用熱管,目前產值在200億元-300億元之間。但應用于大規模集成電路、深冷、航空航天等領域的環路熱管,目前基本被美國等極少數國家壟斷。我國既缺乏真正有效的自主知識產權,又受到嚴格的技術封鎖與限制,因此未見批量生產。
通過參與AMS項目,山東大學開發了10余項具有自主知識產權的先進傳熱技術,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的,這些技術孕育著巨大的產業化潛力。山東大學研制的新型環路熱管,是項目產生的最具代表性、最具實用性的典型成果,其性能達到目前世界上最優異的水平。高精度熱控制技術、環路熱管技術和大功率熱機械泵等,不僅具有世界領先水平,也具有批量生產的能力和廣闊的應用前景。
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,因為以山東大學程林教授為首席科學家的熱科學團隊為AMS作出了非常重要的貢獻,按照國際慣例,山東大學應該分享AMS的所有成果,AMS中的先進傳熱技術可以在山東進行產業化。
山東大學成為了新技術的“擺渡人”,多項國際前沿成果可以順利在我國實現產業化。目前,環路熱管技術已經開始中試研究。經過一個完整的產品中試過程和相關產業化的實施,將會產生巨大的經濟和社會效益。
延伸閱讀
山東大學王小云教授的密碼學研究震驚世界；2010年8月,山東大學彭實戈院士作為中國大陸第一人在世界數學家大會上做一小時報告；山東大學何瑁教授團隊為歐洲核子中心強子對撞實驗研發了400臺探測器成為試驗成功的重要成功基石；山東大學張運院士的團隊在心血管病方面的研究已經走到國際前沿……
程林,1962年生,淄博市博山區人。現為山東大學能源與動力工程學院學術委員會主任、山東大學空間熱科學研究中心主任、山東能源學會理事長。入選國家百千萬人才工程,是國家有突出貢獻的中青年專家,國務院政府特殊津貼獲得者,2005年入選“泰山學者”。獲國家科技進步二等獎兩項。
程林1983年畢業于山東大學動力工程專業,繼而在這里獲工學碩士,在東南大學獲工學博士學位。程教授是山東省政協常委、省青聯副主席。談到自己的業余愛好,程教授表示很喜歡讀文學、哲學方面的書,如《魯迅全集》《胡適全集》等。
