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把“空間站”建在地球上——走進我國航天領(lǐng)域首個大科學裝置

2023-06-24 12:04:13 來源:新華社

在距離地球400多公里的軌道上,中國空間站遨游蒼穹,成為我國航天事業(yè)的重要里程碑之一。

遙望祖國東北角,一座被稱為“地面空間站”的空間環(huán)境地面模擬裝置前不久正式建設(shè)完成,進入試運行階段,諸多指標達到世界領(lǐng)先水平。


(資料圖片)

作為我國航天領(lǐng)域首個大科學裝置,“地面空間站”是國際上首個綜合環(huán)境因素最多、可實現(xiàn)多尺度和跨尺度環(huán)境效應(yīng)研究的綜合性研究裝置,將為我國航天事業(yè)發(fā)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(huán)境嚴苛復(fù)雜,不僅航天器的可靠性受到考驗,航天員的健康安全也面臨挑戰(zhàn)。如何增強宇宙探索能力,是亟待解決的難題。

“要想飛得更遠、駐得更久、探得更細,就要更加了解空間環(huán)境?!笨臻g環(huán)境地面模擬裝置常務(wù)副總指揮、哈爾濱工業(yè)大學空間環(huán)境與物質(zhì)科學研究院院長李立毅說,“地面空間站”就是要在地球上建設(shè)一個與真實宇宙空間環(huán)境相似的基礎(chǔ)科學研究平臺,相當于把“空間站”建到地球上。

“地面空間站”位于黑龍江省哈爾濱新區(qū)科技創(chuàng)新城,由哈爾濱工業(yè)大學聯(lián)合中國航天科技集團承建。在建設(shè)園區(qū),分布著“一大三小”四棟實驗樓,“一大”即空間綜合環(huán)境實驗樓,“三小”即空間等離子體科學實驗樓、空間磁環(huán)境科學實驗樓和動物培養(yǎng)室。

哈爾濱工業(yè)大學空間環(huán)境地面模擬裝置科研人員進行空間生命科學分系統(tǒng)調(diào)試(4月6日攝)。新華社記者 王松 攝

按照設(shè)計規(guī)劃,“地面空間站”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、弱磁場、中性氣體、微重力等9大類空間環(huán)境因素,能夠闡釋空間環(huán)境對材料、器件、系統(tǒng)及生命體的影響規(guī)律和作用機制。

相較于把實驗儀器設(shè)備搬到太空,“地面空間站”既能節(jié)省成本、減少安全隱患,又可以根據(jù)科學問題和工程需要,設(shè)置特定的環(huán)境因素,不受時空限制進行多次重復(fù)驗證,從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。在一人多高的空間里,一米見方的平臺閃著銀光,懸置于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(huán)境光學原位在線檢測等多項關(guān)鍵技術(shù),將為我國探月工程、月球基地建設(shè)和載人航天等重大航天工程提供科研平臺。

這是哈爾濱工業(yè)大學空間環(huán)境地面模擬裝置月塵倉(4月6日攝)。新華社記者 王松 攝

“未來,許多需要抵達太空才能進行的實驗,在地面上就能完成?!惫枮I工業(yè)大學空間環(huán)境與物質(zhì)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“地面空間站”的緣起,李立毅說,空間環(huán)境導致航天故障頻發(fā),成為制約航天器長壽命和高可靠運行的關(guān)鍵所在。

早在2005年,哈爾濱工業(yè)大學開始聯(lián)合中國航天科技集團組建團隊,就空間環(huán)境與物質(zhì)相互作用基礎(chǔ)科學問題的研究平臺條件展開調(diào)研和分析。

“科技攻關(guān)就是要奔著最緊迫的問題去?!惫枮I工業(yè)大學空間環(huán)境與物質(zhì)科學研究院副院長鄂鵬說,大科學裝置建設(shè)對諸多基礎(chǔ)前沿研究、戰(zhàn)略高技術(shù)研究起著重要支撐作用。

這是哈爾濱工業(yè)大學空間環(huán)境地面模擬裝置粒子加速系統(tǒng)(4月6日攝)。新華社記者 王松 攝

經(jīng)過相關(guān)領(lǐng)域科學家和有關(guān)部門的反復(fù)論證、審慎決策,2015年9月,“空間環(huán)境地面模擬裝置”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(shè)計獲批,年底開工建設(shè);

2019年9月,哈爾濱工業(yè)大學空間環(huán)境與物質(zhì)科學研究院成立,團隊從籌建之初的幾個人增加到百余人,覆蓋物理、材料、機電、電氣、化工、航天、生命等多個學科;

2023年2月,哈爾濱工業(yè)大學空間環(huán)境與物質(zhì)作用前沿科學中心獲批立項建設(shè)……

不同于其他科研項目和基礎(chǔ)設(shè)施,大科學裝置既是一個科學項目,又是一個工程項目,兼具科學研究與工程建設(shè)的雙重特性,技術(shù)難度大、周期長、風險高,可借鑒經(jīng)驗幾乎空白。

作為“地面空間站”的重要組成部分,零磁空間環(huán)境的目標是構(gòu)建一個屏蔽外界環(huán)境磁場干擾的近零磁空間。在導師帶領(lǐng)下,“90后”團隊成員孫芝茵讀博時,創(chuàng)新提出“套娃”式磁屏蔽設(shè)計方案。

哈爾濱工業(yè)大學空間環(huán)境地面模擬裝置科研人員展示空間磁環(huán)境模擬與研究系統(tǒng)(4月6日攝)。新華社記者 王松 攝

“地面空間站”離子加速器系統(tǒng)主任設(shè)計師劉劍利回憶說,由于大量設(shè)備沒有成熟產(chǎn)品,團隊需要從零起步。設(shè)計、加工、安裝、調(diào)試運行、數(shù)據(jù)分析……每一個環(huán)節(jié)都要拿出“120%的精力”投入。

“作為科研‘國家隊’,不能只考慮我會做什么、能做什么,更要考慮該做什么、要做什么”“摸著石頭過河,哪里有石頭就把哪里的石頭搬走”……團隊成員坦言,大科學裝置通常需要三四百人的團隊,但“地面空間站”約百人就完成了,周末假期不休息、一天工作十幾個小時是常態(tài),很多時候“一個人當兩個人用”。

“‘地面空間站’為什么能?關(guān)鍵要靠自主創(chuàng)新,拿出了‘鋼牙啃硬骨頭’的勁頭。”哈爾濱工業(yè)大學校長、空間環(huán)境地面模擬裝置總師韓杰才說,學校聯(lián)合多家協(xié)作單位不斷攻關(guān),科研探索始終貫穿建設(shè)之中,實現(xiàn)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后”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(shù)據(jù)。他將在這里進行為期一個月的引力波探測相關(guān)試驗。

“我們使用的關(guān)鍵部件磁性很弱,在特定零磁環(huán)境下,才能得到更精準的測量結(jié)果?!庇徇h陽說,“地面空間站”是國之重器,更是科研利器,將助推一大批科研成果產(chǎn)出。

眼下,國內(nèi)外科學家競相申請進入“地面空間站”開展科學實驗。110余家機構(gòu)已簽署用戶協(xié)議,覆蓋30多個國家和地區(qū)。

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

今年,“80后”聶秋月迎來在哈爾濱工業(yè)大學任教的第十個年頭。2014年,她從清華大學博士后工作站出站后,毅然選擇一路北上,參與到空間等離子體環(huán)境模擬與研究系統(tǒng)的研制工作。

這是哈爾濱工業(yè)大學空間環(huán)境地面模擬裝置空間等離子體環(huán)境模擬與研究系統(tǒng)(4月6日攝)。新華社記者 王松 攝

“大科學裝置將成為搶占科技競爭制高點的一個新的策源地?!睆哪戏揭凰咝5焦枮I工業(yè)大學任職的金成剛說,從航天電子元器件檢驗到引力波探測,從農(nóng)業(yè)育種到生命科學實驗,越來越多科研攻關(guān)將在這里展開,越來越多高層次科研人才將在這里匯聚。

當前,“地面空間站”建設(shè)的溢出效應(yīng)已經(jīng)顯現(xiàn),已累計獲得國際和國內(nèi)發(fā)明專利80余項,將在腦科學、生命健康、高端儀器、輻照育種等方面發(fā)揮重要作用。

這是哈爾濱工業(yè)大學空間環(huán)境地面模擬裝置火星塵倉(4月6日攝)。新華社記者 王松 攝

業(yè)內(nèi)人士坦言,在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革驅(qū)動下,“地面空間站”有望解決航天產(chǎn)品一體化設(shè)計、模塊化制造、空間環(huán)境適應(yīng)性等方面的瓶頸問題,帶動衛(wèi)星制造、電子信息、人工智能、新材料、生物醫(yī)學等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

創(chuàng)新無止境,謀創(chuàng)新就是謀未來。哈爾濱工業(yè)大學黨委書記熊四皓說,學校將努力把“地面空間站”打造成先進技術(shù)研究與工程應(yīng)用平臺,為科技強國建設(shè)、探尋未知奧秘作出更大貢獻。

責任編輯:孫志娟

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