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2011年5月16日北京时间晚上8点56分,阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer,AMS)搭乘美国奋进号航天飞机,从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心升空,进入国际空间站,标志着粒子太空探测新时代的开始。
在7年时间里,以山东大学程林教授为首席科学家的热系统研究团队,参加了这项国际科学计划,成功解决了人类历史上首次带电磁铁在太空运行的温度控制这一关键科学问题,书写了山东国际科技合作的华彩乐章。
与AMS的缘分由来已久
AMS项目,是世界上最重要的科学工程之一,其物理学使命是在太空中探索暗物质和反物质的存在,是人类在太空中进行的最大规模的科学实验,由获得诺贝尔奖的丁肇中教授领衔研究。
这一国际科学计划,汇集了美国、中国、俄罗斯、意大利、瑞士、德国等16个国家的60个著名大学和研究机构的600余位科学家,历时近20年耗资21亿美元。
阿尔法磁谱仪与山东大学的缘分由来已久。
2004年1月,山东大学应邀参加在位于日内瓦欧洲核子中心(CERN)召开的AMS项目技术交流会,与丁肇中教授就该项目合作的可能性进行了探讨。
2004年2月,丁肇中教授应邀访问山东大学,签署合作协议,山东大学正式加盟AMS项目组。
2004年3月,山东大学成立了校属独立科研机构空间热科学研究中心,组建了以程林教授为首席科学家的山东大学AMS项目组,承担AMS热系统的研究与设计任务。
如今,AMS搭乘航天飞机顺利升空,而程林教授也由满头黑发到两鬓斑白。在接受采访的时候他侧头回味着点点滴滴,说:“这些年,山大和AMS结下了深深的缘分!”
程林教授说,AMS热系统复杂,涉及热能工程、机械制造、材料科学、电子信息等多个相关领域,没有任何成功的经验和先例可以借鉴。在太空中,90分钟内温度在零下40摄氏度和零上6摄氏度之间循环变化,更加剧了热系统的复杂性;同时,AMS各探测器及电子设备的热控制要求极其苛刻,工作温度变化必须维持在1摄氏度范围内。因此,要实现AMS在国际空间站上的科学目标,热系统研制的水平及质量直接决定着AMS的工作状态、运行寿命及实验的可靠性。
热系统对AMS的重要性不言而喻,从全球如此众多高校中间,选取让山东大学对AMS热系统的研究设计进行全面负责不能不说这是缘分,更是肯定和信任。
“山东大学参加AMS太空试验计划项目,是在提升国际化水平的发展战略指导下做出的一项重大抉择。”山大宣传部副部长王秋生如是说。
程林团队显身手
程林教授说,太空环境对阿尔法磁谱仪热系统的质量、精度要求相当高,AMS探测器的各个部件和成千上万的电子原件都对热系统要求极高。第一次参加这样重大的国际科技合作项目,他们压力相当大,因为这是一项只许成功的事业。
山东大学有30余位学者和博士研究生长期在欧洲核子中心工作,对AMS在各个季节的温度、运行方式,以及空间站的方位,做了全部的热模型和热模拟,保证了系统的高效散热以及温度场的均匀性和稳定性,设计了AMS在国际空间站环境下运行的热控制系统,通过了美国宇航局(NASA)的严格评估与实验。
在之后日内瓦CERN召开的AMS项目交流会上,丁肇中教授表示,山东大学不仅建起了非常好的实验室,并且有了一支非常优秀的团队。
后来,山东大学AMS团队在AMS项目所有参与机构中第一个圆满完成任务。
七年磨一剑。现在,山东大学研究设计的AMS热系统也成为国际空间站上中国制造的重要大型组件。
新技术的“摆渡人”
当AMS顺利升空,开始履行它的使命时,山东大学已经拥有了该技术应用领域的“话语权”,同时也拥有了该技术的使用权,为成果产业化提供了增长点。
通过参与AMS项目,山东大学开发了10余项具有自主知识产权的先进传热技术,这些技术孕育着巨大的产业化潜力。山东大学研制的新型环路热管,是项目产生的最具代表性、最具实用性的典型成果,其性能达到目前世界上最优异的水平。高精度热控制技术、环路热管技术和大功率热机械泵,不仅具有世界领先水平,也具有批量生产的能力和广阔的应用前景。
2008年11月,丁肇中教授在与山东省委书记姜异康会见时曾表示,按照国际惯例,山东大学应该分享AMS的所有成果,AMS中的先进传热技术可以在山东进行产业化。
山东大学成为了新技术的“摆渡人”,使这项国际前沿成果可以顺利在我国实现产业化。目前,在山东省科学技术厅、济南市科学技术局等支持下,环路热管技术已经开始中试研究。经过一个完整的产品中试过程和相关产业化的实施,将会产生巨大的经济和社会效益。
山东大学的热传递学科已经站在世界先进水平,AMS的升空,将山东大学的优秀科研成果带入了太空,也为山东大学世界一流大学建设吹响了号角。
本报记者 赵秋丽 通讯员 王菁菁
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