齐鲁网教育频道4月7日讯(通讯员 李宁)阿尔法磁谱仪(AMS)是由诺贝尔物理奖获得者丁肇中教授主持的国际大科学工程。历时近18年,耗资21亿美元,是上世纪末和本世纪初世界上规模最大的科学计划之一。AMS以探测外层空间反物质与暗物质为目的,有16个国家和地区的600余名科学家历时近18年完成,实验过程可能持续15至20年。
2011年5月16日,AMS由美国“奋进号”航天飞机送入太空,是目前唯一被永久安放在国际空间站上的具有开创型的大型科学实验。AMS随国际空间站每90分钟经历-40℃~+60℃的温度周期性变化,极端热环境低温则可至-90℃、高温可至+230℃,因此,需要精确的热控制系统以保证其部件的正常运行。工作在国际空间站上的AMS与卫星不同,作为实验者不能像控制卫星那样控制国际空间站的方向与姿态,同时,AMS必须使粒子穿越,也不能像卫星一样进行全面的隔热保护。山东大学程林教授带领团队设计完成了在国际空间站上运行的粒子探测装置阿尔法磁谱仪的热系统,解决了太空粒子探测的关键工程问题。
山东大学于2004年3月开始参加AMS项目,程林教授担任AMS热系统总负责人,全面负责AMS热系统的研究、设计、制造与实验。针对AMS在面向太阳时外部温度远高于内部温度无法自然散热、背阳时外部温度过低可致内部元件损毁的温度环境,提出了一种利用周期性大温差变化和大热容介质传热动态特征保持探测器温度平衡的新方法。领导了来自麻省理工学院、瑞士苏黎世高工、美国宇航局等不同单位的三十多位科学家共同工作,构建了一种既具有较强的传热能力、又具有较大蓄热能力的特殊结构的散热板。充分利用了国际空间站每90分钟运行的温度差,在空间站背向太阳时利用低温环境使散热板整体具备较低温度,使得空间站面向太阳时散热板成为冷源,使AMS系统中的配电、电子及各探测器在运行过程中的热量能够实时散出;同时,空间站面向太阳时散热板吸收热量,提升了整体温度,又使得散热板成为一个热源,在空间站背向太阳的低温环境下,维持AMS系统温度在一个相对恒定的范围之内;保证了系统的高效散热以及温度场的均匀性和稳定性,解决了阿尔法磁谱仪在国际空间站环境下运行的关键问题;这是一种全新的思路,过去从未有人尝试。通过在国际空间站上近2年的运行,AMS经历了各种不同的极端条件,取得了成功,为大科学仪器空间运行的热控制方法做出了重要的贡献。山东大学研究设计的AMS热系统也称为了国际空间站上中国制造的唯一大型组件。
热系统是AMS正常工作的基础,也是可以在空间站上长期进行热控制研究的唯一渠道。在AMS安放在国际空间站上之后,程林教授带领山东大学热科学团队继续全面负责热系统运行与监测,进行不间断记录与检测,所有数据均具有原始性、唯一性、不可替代性。根据太空运行的实际数据,及时修正和新建了若干热控制模型,以应对不同的极端条件,确保了AMS整体及各探测器温度保持在规定范围之内,AMS项目总负责人丁肇中教授对程林教授的工作给予了高度评价。
山东大学热科学团队在程林教授的领导下,历时7年完成了AMS热控制系统,先后有23位优秀青年在瑞士、意大利、荷兰、美国等地平均工作了2年9个月,12位博士研究生在这里完成了博士论文,6位青年教师在这里开始了学术生涯,而山东大学热科学团队的研究也因此进入到了国际科学的最前沿。
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