山大研制热控系统护航阿尔法磁谱仪2
山大研制热控系统护航阿尔法磁谱仪22011年05月16日21:09
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阿尔法磁谱仪2（AMS2）搭乘奋进号航天飞机前往国际空间站，开始了探索暗物质和反物质之旅。该系统的研制和后续研究都有中国科学家参与。其中，山东大学程林教授作为AMS2的热系统首席科学家，与其研究团队研制设计了AMS热系统，成功解决了人类历史上首次带电磁铁在太空中运行的温度控制这一关键科学问题，为各探测元器件的运行提供了最基本的温控保障。
热系统可保探测器工作温度变化不超1度
据介绍，山东大学于2004年加入AMS2项目组，全面负责其热系统的研究与设计。
担任热系统的首席科学家和第一责任人的程林教授介绍，该系统非常复杂，跨越了热能工程、机械制造、材料科学和电子信息等多个研究领域，没有任何成功经验和先例可供借鉴。AMS2本身工作会产生2500瓦的热量，且太空中90分钟内温度在60摄氏度和零下40摄氏度之间循环变化，而AMS2各探测器的工作温度变化必须控制在1摄氏度范围内，既要确保外界温度高时有足够的散热能力，又要避免外界温度低时系统过冷，这更加剧了热系统的复杂性。
“绝对不能过热或者过冷，温度升高就需要谨慎地排放带外层空间，还不能散发到太阳能电池板及其他元器件上，要求相当高。”程林说，山东大学先后有30多名学者和博士研究生参与研究，完成数据论证和分析，并花了整整6年时间完成热控制系统的制作。2007年4月，该系统在德国通过了机械性能测试，结果完全合格。“AMS2有多个系统，其他的系统在测试时都有各种各样的不合格，只有我们研制的这个热系统完全合格，这是很了不起的一件事。”程林说，2010年4月，组装完成的AMS2在荷兰进行了太空模拟实验，证明热系统没有任何问题。
“应该说，热系统是其他各系统工作的基本保障，因此这个系统圆满研制成功得到了AMS2研究领导者丁肇中教授和NASA的高度评价。”程林说，这个项目耗费了他们太多的心血，几十名中国研究者长期在欧洲核子研究中心工作，与麻省理工、NASA的科学家一起夜以继日论证，“头发都熬白了！”程林指着自己花白的头发打趣说。
世界最高水平热控技术产能转化潜力巨大
这个热系统的核心元件是传热元件热管。山东大学校长徐显明说，此前应用于大规模集成电路、深冷和航空航天等领域的环路热管基本垄断于美国等少数国家，但程林教授团队以AMS2热控制系统为目的研制的新型环路热管，完全实现了35W-600W热量之间的大范围负荷的高效运转并能在零下20摄氏度的环境中正常工作，已经代表了当今世界环路热管的最高水平。
“以程林教授为首席科学家的山东大学热科学研究中心拥有了世界领先的10余项完全自主科学技术，孕育着巨大的产业化潜力，其中高精度热控制技术、环路热管技术和大功率热机械泵具有批量生产的能力和广阔应用前景。”山东省科技厅厅长翟鲁宁评价说，日后山东将在这方面加大投入，以促进先进技术的产能转化。
在山东大学热科学研究中心，记者见到了应用到AMS2中的环路热管，一根一米长成人拇指粗细的热管价值3万多元人民币，“越细的越贵”。该中心一名研究人员说，这根环路热管的导热性能远远高过铜或铁等已知的导热体，其导热性能是NASA标准产品的4倍，是中国航天标准产品的10倍。“如果将热管的一头放到开水里，不到1秒钟另一头就能将手烫起泡。”
山东大学一名老师说，如果产能转化成功价格降下来，将这项技术应用到暖气片上，每年取暖消耗的煤炭估计能节约9成。
山大将继续AMS2后续研究
山东大学校长徐显明说，由于在热系统研制中的卓越成就，丁肇中教授认为，按照国际惯例，山东大学应该分享AMS2的探测结果共同研究。2010年7月，山东大学与麻省理工签署协议，成为AMS2三个全球数据中心之一，将通过中继卫星系统接收AMS2从国际空间站发回的海量探测数据进行研究。
“这是一种全新的研究，这让山大站在了世界学科研究的最前沿，有可能得出改变我们自身认识的科学发现，这种发现对科学家而言是最有价值的。”程林教授说，同时，山山东大学还将全面负责热控系统在国际空间站运行状况的实时监控，进行数据分析、存储和服务等工作。
徐显明说，这对山东大学来说是莫大的荣誉和机会，这意味这山东大学向世界一流大学的目标迈进了一大步，“山东大学以文史成名，去年彭实戈院士作为中国大陆第一人在世界数学家大会上做一小时报告，现在程林教授的团队研究成果表明山东大学的热传递学科站在了世界领先水平，我们的学科多元化取得的成果越来越多，这是我们最欣慰的。”（拾年）
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