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下載手機APP 2019年1月3日，嫦娥四號勘探器成功傳回世界第一批月球反面近距離勘探數據，揭開了陳舊月球反面的奧秘面紗。在月表高真空、高低溫、帶電月塵、復雜月形月貌等多要素極點環境下，科學家是怎樣確保“嫦娥四號”開啟月球反面探索之旅的?
“老亮了!”2021年7月4日，神舟十二號航天員劉伯明成功出艙，將東北話帶到世界。與東北話一起“出圈”的，還有哈工大為神舟十二號供給的多項航天技能支撐。航天員身上穿的頭部帶神燈和傳感器，顏值滿分、科技感爆棚的新一代國產艙外航天服，面臨磁暴、高能粒子輻照、高速微流星和空間碎片等極點空間環境，怎么確保宇航員在我國空間站艙外作業時的生命安全?
能不能在地球上建一個試驗室，用于模仿太空環境?
在國家“十二五”規劃項目建議征集階段，哈爾濱工業大學匯聚全球一大批科學家，把空間歸納環境與物質的相互作用的科研建議提交給了國家。當今，這項被稱作“大科學工程”的“空間環境地上模仿設備”建造，正在雄圖變現實。
為了這一天的趕快到來，哈爾濱工業大學的一群“拓荒牛”，現已奮斗了16年。
地球上建“地上空間站”
建一座一應俱全的“地上空間站”有多難?能夠歸納模仿九大類空間環境要素、具有世界領先水平的“空間環境地上模仿設備”從提出建造概念到施行建造，就花了十余年的時間，大到整座建筑的功能規劃，小到一顆顆螺絲釘的材質，都凝聚著規劃師和哈工大科技作業者們的巧思、熱情和想象力。
“空間環境地上模仿設備，便是要在地球上建造一個與月球、火星等實在世界空間環境相似的‘地上空間站’。”哈工大大科學工程常務副總指揮、常務副總師、空間環境與物質科學研討院院長李立毅告知記者，項目建成后，許多需求在進入太空才干進行的試驗，在“空間環境地上模仿設備”就能夠完結。
“真空、微重力、電磁輻射、粒子輻照、高低溫、等離子體、磁場……這些存在于太空的環境要素，聽起來與咱們的日子遙不可及。但假如將空間環境研討透徹，對人類開展的含義將是非凡的。”李院長進一步解釋道，這項大科學工程提醒空間環境條件下物質結構演化規則和各種環境耦合效應的物理本質。“項目將通過研討太空環境下的器材/器材和系統、生命體、等離子體的影響，處理限制航天器高牢靠長命命的瓶頸問題、增強人類空間駐留和利用環境資源的才能、提高對空間極點環境的認識和防控才能。”
據悉，空間環境地上模仿設備是《國家嚴重科技根底設施建造中長期規劃(2012-2030年)》“十二五”建造的16項國家“大科學工程”項目之一，是國家布置在東北地區的首個、也是我國“十二五”期間在空間科學領域僅有國家嚴重科技根底設施建造項目。2017年8月29日，空間環境地上模仿設備國家嚴重科技根底設施建造作業研討會召開，哈工大與我國航天科技集團公司共建的大科學工程項目正式開工建造。
將處理多項航天技能“卡脖子”問題
“2017年9月之前，這塊地仍是一片農田、魚塘。”當今，望著眼前拔地而起的樓房和潔凈的柏油路面，哈工大大科學工程調度王晨的喜悅之情溢于言表。他說，項目的建安工程分為“一大三小”，包含空間歸納環境試驗樓、空間等離子體科學試驗樓、空間零磁環境科學試驗樓和動物培養室。大科學工程建造基建已進入尾聲階段，大型設備開端入場安裝調試。記者觀賞了建造現場。
空間歸納環境試驗樓內，四個巨型金屬設備看似平鋪直敘，實則各個“有內在”。“空間歸納環境模仿系統，用來模仿太陽系6大類典型環境要素，包含真空、高低溫、電磁輻射、粒子輻照、空間粉塵等。”哈工大空間環境與物質科學研討院空間資料與環境工程研討室主任李麗芳說。
談起空間歸納環境模仿系統的“寶物”，李麗芳如數家珍。“咱們系統有世界上環境要素最多的歸納輻照艙，世界上僅有動態完成月塵充正電和負電的大型月球多要素極點環境模仿器——月塵艙，世界上完成火星外表低氣壓大跨度風速塵暴的火星塵艙，可加速空間微納粉塵最高速度達到70km/s的高速粉塵艙，世界上僅有可模仿地球低軌原子氧-紫外-質子耦合效應的原子氧艙。這些設備都裝備了先進的原位測驗儀器，能夠在艙內完成實時在線測量。”
她泄漏，空間歸納環境模仿系統建成后，將為我國載人航天工程，月球、火星和小行星深空勘探，我國空間站建造等嚴重航天工程供給世界領先水平的科研渠道和型號產品試驗標校環境，處理高性能航天資料和器材等“卡脖子”問題，完成自主可控，確保航天器牢靠、長命命在軌執役。
走進空間等離子體試驗樓，直徑5米，分別長10.5米和6米的兩個大型真空模仿艙傲然挺立，空間等離子體物理研討室主任金成剛介紹：“大氣層以外99.99%以上的可見物質都是以等離子體狀況存在，航天器就在等離子體的海洋中航行，等離子體的分布和演化規則主導了空間氣候變化，對航天器的執役有著重要的影響。空間等離子體環境模仿系統研討磁場重聯、波-粒相互作用等影響空間等離子體環境的關鍵物理過程，以及被列為航天十大難題之一的通信黑障問題。”金成剛感嘆道：“等離子體設備各設備之間的接口聯系十分復雜，自建造以來僅接口技能和諧會就開了700屢次，咱們和我國工程物理研討院流體物理研討所、航天科技集團514研討所、合肥科燁電物理公司等外協單位一起霸占了瞬態大電磁力沖擊下的運動支撐、大電流分流與匯流等多項關鍵技能，設備將在下一年試運轉，開始具備試驗條件，設備建成后將在世界上首次完成三維地球磁層空間等離子體環境模仿。”
“由射頻屏蔽層、自動屏蔽線圈組和七層電磁屏蔽層構成的像俄羅斯套娃的結構，在內部可完成挨近零磁的空間。”在空間零磁環境科學試驗樓，空間磁環境模仿與研討系統擔任人潘東華告知記者，該試驗室是要在地上模仿一個低磁、零磁的環境。“目前咱們地點的環境是5萬納特斯拉的地球磁場。未來咱們要在試驗室把靜態磁場抑制到0.1至0.2納特，要點關注低磁環境下，資料、器材、航天器的變化，以及長期停留在空間站磁場對人體的影響。”
“高能射線在地上上感受不到，假如太空中高能射線打在航天器上，會影響航天器的性能。”加速器研討室主任劉劍利看上去就像是工地現場施工的工人，卻是博大精深的粒子物理學博士。他說，加速器系統首要模仿世界空間不同種類、不同能量的粒子和射線，為航天器資料、器材、生命體的研討、點評供給技能條件。目前與外協單位——中科院近代物理研討地點建的一套300MeV質子重離子加速器，是全國僅有一個此類航天器空間輻照研討專用的加速器，建成后，預計每年可供給4000小時的服務機時。
“國家需求便是咱們科技攻關的方向”
2021年7月10日，“空間環境地上模仿設備”歸納環境模仿系統歸納輻照模仿試驗艙、月塵環境模仿試驗艙熱真空測驗作業圓滿完結，在地上完成太陽系真空、低溫兩大類典型環境要素模仿。
“自2020年11月20日真空容器出場以來，在江北施工現場接連無休奮戰233日，克服了冬天施工、新冠疫情以及世界貿易摩擦等帶來的諸多困難與應戰，與航天科技集團511研討所、我國原子能科學研討院、中科院長春光機所等外協單位霸占了多項關鍵技能，完結了四大類環境模仿設備集成安裝，為設備國家驗收供給有力支撐。”李麗芳說：“青年人面臨科研方向挑選的時候，個人愛好能和國家需求聯系在一起會是十分走運的，國家需求便是科技攻關的方向。”
談起為之傾注整個“青翠”歲月的“大科學工程”，今年39歲的潘東華感慨不已。他說，是“大科學工程”幫助了自己生長，擴展知識和閱歷，在克服困難和挫折中不斷收成決心。
2011年，潘東華還在讀博士，得知需求磁環境技能，他體現出了極大的愛好。
“這是一個大膽且不按常理出牌的創新規劃，也是其時空間環境與物質科學研討院在研制作業中面臨的最大難題，簡直是天方夜譚。”說起當初的情景，潘東華至今依然激動不已。“從5萬納特到0.1納特這樣的跨度，這個指標十分難，但也是十分渴望的。”
怎么完成0.1納特指標?怎么測驗取得近零磁環境下軟磁資料磁特性數據?怎么處理屏蔽結構中各類跨規范磁阻(相差高達5個數量級)的計算辦法?磁對航天器或生命體又會發生什么影響?
“在這期間，咱們通過自己的努力，成功建立了跨規范磁路的多層屏蔽結構的分析計算辦法，形成了集成主體隔振的新型主被動耦合式磁屏蔽方案及規劃辦法，并在校園的支持下完結了樣機制作及試驗驗證，也是最關鍵的一步。”潘東華說，“面臨這些問題，咱們青年人應該出一份力，用自己所學盡最大努力霸占難題，承當起‘回饋公眾，回饋社會，回饋國家’的職責。”
2011年12月，劉劍利博士剛回國，得知“空間環境地上模仿設備”擬建造高能質子加速器，他體現出了極大的愛好。“大型加速器設備是咱們研討領域需求的根底渠道，由于其規劃巨大、技能復雜、建造周期長的原因，一輩子能有機會參加一個這樣的項目便是一種走運!”他說。帶著這樣的走運感，劉劍利博士投身到了“空間環境地上模仿設備”的項目證明和建造中，從一個項目的新人變成了項目的白叟。
說起作業中的艱辛，他說：“這個項目的重要性和開展潛力是一開端就知道的，但項目進行過程中的困難確實是沒有預料到的。高能射線粒子自身盡管規范十分小，但卻需求規劃巨大的設備才干取得，為了取得想要的束流，需求成百上千個設備一起作業才干完成，需求多個學科專業的很多工程技能研討人員協作作業。加速器設備一旦開機就24小時不斷機運轉，要求工程技能人員對自己的設備就像自己的孩子相同清楚和關懷，才干確保設備的高效運轉。為此，咱們只能拋棄節假日，從設備的規劃，到加工、安裝、測驗、調試每一個環節去不斷了解。”提起人才的迫切需求，劉劍利博士深有感觸地說：“在咱們這個項目上，為了引進一位人才，省委組織部都出頭為咱們處理了人才家族的作業問題。”
在近五年的時間里，這支隊伍沒有雙休日，沒有節假日，技能廠房、測驗大廳和總裝大廳在深夜依然燈火通明，作業24小時緊鑼密鼓地進行。他們沒有一天放松警惕，沒有一天放松規范。
“疫情期間，整個松北區只要咱們一個工地在施工，上百噸重的設備悉數需求在現場安裝，是個困難的工程。”33歲的李云龍首要擔任和諧大科學工程建造中的設備安全確保作業。設備出場那天，哈爾濱暴雪，他帶領團隊在零下30多攝氏度的極寒氣候中，徒手搬運設備三個小時。
“圖什么?曾經有人問過我同樣的問題。我說，我在做一件值得一輩子自豪的事，以后我也能夠跟我的孩子說，這個世界上頂尖的科學工程是爸爸建的。我也能為國家的嚴重工程貢獻自己的一份力氣。”面臨記者的提問，性格外向的李云龍濕了眼眶。
在地球上模仿太空環境的主意，起先，并不是一切專家都看好。選址、證明、立項、建造，哪一步都不易。
技能和工程上的巨大難度，沒有可復制的閱歷，哈工大人秉承“特別能吃苦、特別能戰役、特別能攻關、特別能貢獻”的“載人航天精神”，克服了各種不可思議的困難險阻。
7月1日那天，范立國暫時接到任務，他擔任的冷卻水系統要協作歸納環境模仿系統做熱真空測驗。然而在模仿運轉傍邊，他通過結尾濾芯觀察到循環水中存在焊渣雜質。“這種水質下是不能進行測驗試驗的，焊渣會對精密設備發生嚴重影響。”
范立國突然調高了音量和語調，對記者說，“我一個人將大型精密過濾器拆開，對其罐體及濾芯進行清洗，每循環過濾兩個小時進行一次排水，就這樣，從7月2日早八點，我接連作業了整整36個小時，終于使水質達到了使用要求。”他用手抹了把眼淚，接著說：“那天閱歷是我這輩子上過的最難忘的黨課了。作為一名共產黨員就應該沖在最前面，面臨問題，帶頭處理問題。我將值勤記錄及操作流程親身轉交給下一位值勤同事后放心離開了。”
助力龍江打造世界航天科研學術中心
“航天夢是強國夢的重要組成部分。咱們要全力建造好大科學工程，為‘航天大國’邁向‘航天強國’作出貢獻。”李立毅院長表示，依托我國正在建造的“天宮”空間站和“空間環境地上模仿設備”，努力打造空間在軌試驗、地上模仿試驗，以及計算機數值模仿三位一體的六合一體化國家空間環境與物質作用研討系統。
大科學工程是面向國內外敞開同享的用戶設施，其科學價值需求很多的用戶群來成就。“國內外的科學家們，現已刻不容緩地要來展開空間科學試驗了。”哈工大空間環境與物質科學研討院副院長鄂鵬興奮地向記者泄漏一組數據，目前已有國內外110余家高校和科研院所與“大科學工程”簽署了用戶協議，并已展開試驗方案評論與協作溝通。另外，大科學工程建造的溢出效應也十分明顯，一方面環繞空間環境模仿的許多關鍵技能在建造需求牽引下得到了打破，累計已請求世界和國內發明專利120余項，另一方面其作為空間科學研討大渠道的科學價值和效能逐步加強，較好地支撐了哈工大近期在空間光電資料、航天器執役點評等方面的亮點研討作業。
李立毅院長說，大科學工程的建造對于哈工大、黑龍江省和我國的航天事業開展都會發生深遠的影響，含義嚴重。在建造過程中，大科學工程得到了省、市、區政府在建造用地、電力配套等方面的大力支持，并將其列為省百大項目，省、市、區各級領導屢次到工程現場調研，和諧處理建造過程中的實際困難。項目建成后，可優化和平衡我國嚴重科技根底設施的區域布局，提高東北地區的根底科技實力和影響力，使黑龍江成為世界航天科技和空間科學的學術中心之一。
他認為，“上海光源”“天眼“等大科學工程建成后，都已成為當地地標性工程，對當地的經濟社會建造和文化開展發生積極影響。大科學工程不僅能夠提高龍江的世界知名度，帶動科技溝通，還能夠集人氣、聚人才、凝人心，增強龍江人的自豪感、促進工業開展。
未來，哈工大將抓住新時期的開展機會，努力提高育人水平與科研才能，并以國家大科學工程建造為關鍵，全面提高校園服務國家科技自立自強的才能。(來源：黑龍江日報文/攝記者趙一諾丁燕)
標簽：
哈工大 地上空間站
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