Dette er en meget ubemærket udseende ting. Det er kun på størrelse med en håndflade, og det er lidt tungt på hånden. Dens form er helt speciel. Et tyndt metalrør er som en stang, der bærer to tykke metalcylindre, og en af metalcylindrene efterfølges af halvdelen af et rør, der er lidt tyndere end lillefingeren.
Et af rumfarts-grade puls rør køleskabe
Zhao Miguang, en forsker ved Institut for Fysik og Kemi i den kinesiske Academy of Sciences (i det følgende benævnt Institut for Fysik og Kemi i den kinesiske Academy of Sciences), sagde, at det ville koste omkring en million yuan til at gøre denne ting nu. Men før 2000 ville fremmede lande ikke sælge det til Kina, uanset hvor meget det kostede.
Det er den "kølende artefakt", der har plaget Kinas optiske telemålingssatellitter i årtier - rumfarts-grade pulsrør køleskab, et højteknologisk produkt, der hurtigt kan reducere den lokale temperatur til minus 200 grader Celsius og vil ikke blive beskadiget i mange år.
Dens fødsel og udvikling i Kina nydt godt af en "lang sigt" af forskere fra den kinesiske Academy of Sciences.
Køl ned til minus 200 grader Celsius i et par minutter
Januar 25, ZY-1 02E satellit udstyret med tre indenlandsk fremstillede puls rør køleskabe med succes erhvervet høj kvalitet billeder. Disse tre pulsrør køleskabe er 26., 27. og 28. rumfart-grade puls rør køleskabe udviklet af Institut for Fysik og Kemi i den kinesiske Academy of Sciences og med succes anvendes i rumprojekter.
Den nye kroneepidemi har gjort mange opmærksomme på "infrarød temperaturmåling" teknologi. Når den menneskelige krop passerer gennem det termiske billedkamera, vises hot spots på kroppen røde. For at måle jordens og atmosfærens temperatur er mange meteorologiske satellitter også udstyret med infrarøde detektorer. På grund af afstanden fra måldetekteringsobjektet skal den infrarøde detektor på satellitten dog opretholde en lav temperatur eller endda et ekstremt lavt temperaturniveau for at registrere den mindste varmeændring på det fjerne mål.
Så hvordan man holder den infrarøde detektor på satellitten i en lav temperatur tilstand? Forskere har opfundet to typer køleteknologier, den ene er passiv strålingskøling, som er baseret på princippet om, at højtemperaturobjekter kan udstråle energi til lavtemperaturobjekter; den anden er aktiv mekanisk køling, princippet er at lave gas gennem mekanisk bevægelse. ekspansion, og kølefænomenet opstår, når gassen udvider sig.
"Strålingskølingens køletemperatur er høj, og kølekapaciteten er lille. Selv om det kan bruges til at afkøle små detektorer, kan det ikke opfylde de højere krav til lav temperatur af rumfart enheder. I modsætning hertil er mekanisk køleteknologi mere mulig." Kinesisk Academy of Sciences Fysik og Kemi Chen Houlei, en forsker ved instituttet, fortalte China Science Journal.
Pulse tube køleteknologi er en slags mekanisk køleteknologi. I 1963 opdagede amerikanske forskere ved et uheld, at når der er en vekslende trykbølge i et hult rør, vil dens lukkede ende varme op, og en stor temperaturgradient kan dannes langs rørets aksiale retning. Baseret på dette udviklede de en pulsrørkøling. maskine. I 1984 forvandlede sovjetiske forskere pulsrørets køleskab, hvilket i høj grad forbedrede dets køleeffektivitet, og den relaterede forskningsvarme steg også.
Peger på pulsrøret køleskab i hånden, Chen Houlei indført: "Denne del ligner den lille finger kaldes den 'kolde finger'. Dette lille køleskab kan reducere fingerspidsen til minus 200 på få minutter. Celsius. Vi sætter sonden på fingerspidsen, og når sondens temperatur køler ned, kan vi se jorden tydeligt."
Fra teori til ingeniørvidenskab
I 1980'erne tog Cryogenic Technology Experiment Center of the Chinese Academy of Sciences (en af enhederne fra Institute of Physics and Chemistry of the Chinese Academy of Sciences) føringen med at starte grundforskningen på pulsrørskølingsteknologi i Kina. I 1990'erne havde de sat rekord for den laveste køletemperatur flere gange, opnået en række originale resultater og vundet "Kapicha Award" og "Linde Award" fra International Society of Refrigeration.
I 1998 var USA den første til at konstruere puls-rør køleskabe til brug i rumprogrammer. Selv om mit land har opnået verdens førende resultater inden for grundforskningen i køling af pulsrør, har optiske telemålingsatellitter lidt under mangel på deres egne rumkøleskabe. "På det tidspunkt kunne forsknings- og udviklingsenheden kun importere fra udlandet, og køleskabet i rumfartskvalitet blev embargo til vores land. Forsknings- og udviklingsenheden kunne kun alle måder forsøge at købe køleskabet i stueetagen." Zhao Miguang sagde.
Grunden til at sige "bitter" er, at levetiden for importerede køleskabe i stueetagen er mindre end 1/10 af levetiden for rumfartskøleskabe, og der opstår ofte problemer, og efter at satellitter er lanceret, kan de ikke repareres på noget tidspunkt, som de er på jorden. Når on-orbit fiasko, kan landet betale en enorm pris.
I slutningen af 1990'erne, med støtte fra National Science Fund for Distinguished Young Scholars, det kinesiske videnskabsakademi og andre relevante afdelinger, begyndte forskerholdet fra Institute of Physics and Chemistry of the Chinese Academy of Sciences at omdanne til anvendt forskning som helhed. Stillet over for de store behov inden for nationale rum telemåling og infrarød detektion, de trådte ud af bunken af gamle papirer og udført forskning i teknik af puls rør køleskabe og rumapplikationer. Fra 2000 modtog holdet systematisk støtte fra National Space Agency.
Vejen fra teori til teknik er fuld af udfordringer. "Det, vi ønsker at gøre, er produkter af luftfartskvalitet. Hvis køleskabet vil fungere på himlen i fremtiden, skal det garanteres, at det ikke vil bryde i 8 år, 10 år eller endnu længere." Chen Houlei sagde.
Køleskabene er fyldt med heliumgas, og de skal sikre en meget lav lækagehastighed af heliummolekyler gennem pålidelig svejse- og forseglingsteknologi. Kompressionen og udvidelsen af gassen afhænger af stemplet. De skal gøre stemplet og cylindervæggen både tæt og uden kontakt for at sikre, at stemplet ikke slides, når der ikke kan anvendes olie. Stemplets bevægelse understøttes af en flad fjeder, og de skal finde måder at sikre, at fjederen ikke er skæv, endsige brudt.
Ethvert "must" betyder et pres. "På det tidspunkt stødte vi på nogle problemer, og vi kunne ikke komme videre i lang tid, og alles moral var meget lav." Zhao Miguang sagde.
Opsummer fremskridtene kl. 8.00 om morgenen, og forlad arbejdet kl. 12.00 om aftenen. På denne måde er der gået 8 år. I de sidste 8 år har Riyuexingchen været vidne til deres vej til at tackle nøgleproblemer: pulsrøret køleskab de udviklede opnået fuld svejsning af titanium legeringer; afstanden mellem stemplet og cylinderen nåede mikronniveauet bladfjederen kan bevæge sig 100 i antitræthedstesten. Mere end 100 millioner gange er der endda et forår anti-træthed test "kører" i mere end 10 år, og der er ikke noget problem hidtil.
28 pulsrør køleskabe er blevet taget i brug
I 2008, under ledelse af forsker Liang Jingtao, den nuværende direktør for Key Laboratory of Space Work-Heat Conversion Technology, Institut for Fysik og Kemi, Kinesisk Academy of Sciences, udviklede det videnskabelige forskerhold mit lands første pulsrørskøleskab i lang levetid i rummet og udførte med succes verifikation i kredsløb. Køleskabet har opnået et historisk spring fra bunden, fra sporing til at komme ind i den nyeste internationale udviklingsfase, og mit land er således blevet det andet land efter USA til at mestre rumpulsrørskølingsteknologien.
Siden da er "anstødsstenen" i udviklingen af optiske satellitter i det infrarøde spektrum blevet sparket væk, og planlægningen og demonstrationen af en række satellitmodeller i landet har været i fuld gang.
Teknologisk innovation skaber efterspørgsel, hvilket igen driver den teknologiske udvikling. I de følgende ti år har udviklingen af mit lands rumbårne infrarøde detektorer løbende stillet højere krav til rumbårne pulsrør køleskabe.
maj 2018 blev Gaofen-5-satellitten opsendt med succes. Det var udstyret med en puls rør køleskab med stor kølekapacitet og lang levetid udviklet af Institut for Fysik og Kemi i den kinesiske Academy of Sciences.
Denne satellit bærer mit lands første fuldspektrede spektrale imager, der dækker de synlige, nær-infrarøde, kortbølgede, mellemstore og langbølgede infrarøde spektrumbånd. Sammenlignet med tidligere optiske detektorer er den større og tungere. For at tilpasse sig efterspørgslen vedtog chillerprojektteamet dristigt en ny løsning. Køleren kunne kun bære den kolde finger på den kolde platform med en størrelse på mere end ti millimeter og en vægt på et par gram og designede den til en detektorsamling med en størrelse på hundrede millimeter og en vægt på et kilo. .
I de første par år var vejen til at gøre designet til virkelighed ujævn. Men jo flere fejl du oplever, jo mere uforglemmelig bliver glæden ved succes.
"Dette er et nyt internationalt initiativ!" Chen Houleis øjne lyste op, da han sagde det.
kl. 11:11 den 26. december 2021 blev satellitten "Ziyuan No. 1 02E" med succes lanceret på Taiyuan Satellite Launch Center. Den lange bølge infrarøde detektor, der udføres på det, skal fungere i et lavtemperaturmiljø på minus 193 grader Celsius. Spektrale imager på Gaofen-5 er større og kræver det dobbelte af køleområdet af puls-rør køleskab.
Under udviklingsprocessen stødte forskere på hidtil usete vanskeligheder. "Designlivet for 'Zuanyu No. 1 02E'-satellitten er 10 år, hvilket er højere end det tidligere 8-årige livskrav. For at opfylde projektets krav foreslog vi en plan om at bruge koblingsenheden til at sikkerhedskopiere kompressoren. I tilfælde af at øge den begrænsede vægt, den store Det forbedrer i høj grad køleskabets levetid." Liu Yanjie, chefdesigner af denne puls rør køleskab og en associeret forsker ved Institut for Fysik og Kemi i den kinesiske Academy of Sciences, fortalte China Science Journal.
"Under udformningen af den kolde finger havde den store køleplade, vi brugte, et deformationsproblem på grund af termisk ekspansion og sammentrækning, og detektoren på den blev let brudt." Den kolde finger designer af denne puls rør køleskab, Quan Jia, en associeret forsker ved Institut for Fysik og Kemi i den kinesiske Academy of Sciences, mindede om, at efter utallige diskussioner og debugging, de lavede et nyt materiale match for den kolde plade og endelig løst problemet.
I dag har de udviklet rumfart-grade puls rør køleskabe af forskellige former og forestillinger, hvoraf 28 er blevet lanceret i kredsløb.
Hvert projekt er fyldt med udfordringer, og disse udfordringer er drivkraften bag pulse tube køleskabsudviklingsteamet.
"Vi udvikler mere avanceret rum lav temperatur køleteknologi med en kølekapacitet på mere end 100 watt, en temperatur tæt på absolut nul, og en vægt så lavt som et par hundrede gram." Liang Jingtao sagde, at holdet vil bygge videre på den vellykkede udvikling af rummet puls rør køleskab. Fortsæt med at videreføre ånden i "at turde udfordre og kæmpe hårdt", modigt påtage sig "nationalt ansvar", og smede videre for at opfylde behovene i lav temperatur køling i fremtidige rum.
På udviklingen vej af rumfart-grade kryogene køleskab teknologi, denne "lange løb" fortsætter.
