2019年1月3日，嫦娥四号探测器成功传回世界第一批月球反面近距离探测数据，揭开了陈旧月球反面的奥秘面纱。在月表高真空、高低温、带电月尘、复杂月形月貌等多要素极点环境下，科学家是怎样确保“嫦娥四号”敞开月球反面探索之旅的?
“老亮了!”2021年7月4日，神舟十二号航天员刘伯明成功出舱，将东北话带到宇宙。与东北话共同“出圈”的，还有哈工大为神舟十二号供给的多项航天技能支撑。航天员身上穿的头部带神灯和传感器，颜值满分、科技感爆棚的新一代国产舱外航天服，面临磁暴、高能粒子辐照、高速微流星和空间碎片等极点空间环境，怎么确保宇航员在我国空间站舱外作业时的生命安全?
能不能在地球上建一个试验室，用于模仿太空环境?
在国家“十二五”规划项目主张征集阶段，哈尔滨工业大学会聚全球一大批科学家，把空间归纳环境与物质的相互效果的科研主张提交给了国家。当今，这项被称作“大科学工程”的“空间环境地上模仿设备”建造，正在宏图变现实。
为了这一天的赶快到来，哈尔滨工业大学的一群“开荒牛”，现已奋斗了16年。
地球上建“地上空间站”
建一座一应俱全的“地上空间站”有多难?能够归纳模仿九大类空间环境要素、具有世界领先水平的“空间环境地上模仿设备”从提出建造概念到施行建造，就花了十余年的时间，大到整座建筑的功能规划，小到一颗颗螺丝钉的原料，都凝聚着规划师和哈工大科技作业者们的巧思、热心和想象力。
“空间环境地上模仿设备，便是要在地球上建造一个与月球、火星等真实宇宙空间环境相似的‘地上空间站’。”哈工大大科学工程常务副总指挥、常务副总师、空间环境与物质科学研讨院院长李立毅告知记者，项目建成后，很多需求在进入太空才干进行的试验，在“空间环境地上模仿设备”就能够完成。
“真空、微重力、电磁辐射、粒子辐照、高低温、等离子体、磁场……这些存在于太空的环境要素，听起来与咱们的生活遥不行及。但假如将空间环境研讨透彻，对人类展开的含义将是非凡的。”李院长进一步解释道，这项大科学工程揭示空间环境条件下物质结构演化规则和各种环境耦合效应的物理实质。“项目将经过研讨太空环境下的器材/器材和系统、生命体、等离子体的影响，处理限制航天器高牢靠长命命的瓶颈问题、增强人类空间驻留和利用环境资源的才干、进步对空间极点环境的认识和防控才干。”
据悉，空间环境地上模仿设备是《国家严重科技基础设施建造中长时间规划(2012-2030年)》“十二五”建造的16项国家“大科学工程”项目之一，是国家布置在东北地区的首个、也是我国“十二五”期间在空间科学范畴仅有国家严重科技基础设施建造项目。2017年8月29日，空间环境地上模仿设备国家严重科技基础设施建造作业研讨会召开，哈工大与我国航天科技集团公司共建的大科学工程项目正式开工建造。
将处理多项航天技能“卡脖子”问题
“2017年9月之前，这块地仍是一片农田、鱼塘。”当今，望着眼前拔地而起的高楼和洁净的柏油路面，哈工大大科学工程调度王晨的喜悦之情溢于言表。他说，项目的建安工程分为“一大三小”，包含空间归纳环境试验楼、空间等离子体科学试验楼、空间零磁环境科学试验楼和动物培养室。大科学工程建造基建已进入尾声阶段，大型设备开始进场安装调试。记者参观了建造现场。
空间归纳环境试验楼内，四个巨型金属设备看似平淡无奇，实则各个“有内在”。“空间归纳环境模仿系统，用来模仿太阳系6大类典型环境要素，包含真空、高低温、电磁辐射、粒子辐照、空间粉尘等。”哈工大空间环境与物质科学研讨院空间资料与环境工程研讨室主任李丽芳说。
谈起空间归纳环境模仿系统的“宝物”，李丽芳如数家珍。“咱们系统有世界上环境要素最多的归纳辐照舱，世界上仅有动态完成月尘充正电和负电的大型月球多要素极点环境模仿器——月尘舱，世界上完成火星外表低气压大跨度风速尘暴的火星尘舱，可加快空间微纳粉尘最高速度达到70km/s的高速粉尘舱，世界上仅有可模仿地球低轨原子氧-紫外-质子耦合效应的原子氧舱。这些设备都配备了先进的原位测验仪器，能够在舱内完成实时在线测量。”
她泄漏，空间归纳环境模仿系统建成后，将为我国载人航天工程，月球、火星和小行星深空探测，我国空间站建造等严重航天工程供给世界领先水平的科研渠道和类型产品试验标校环境，处理高功能航天资料和器材等“卡脖子”问题，完成自主可控，确保航天器牢靠、长命命在轨执役。
走进空间等离子体试验楼，直径5米，分别长10.5米和6米的两个大型真空模仿舱傲然挺立，空间等离子体物理研讨室主任金成刚介绍：“大气层以外99.99%以上的可见物质都是以等离子体状况存在，航天器就在等离子体的海洋中飞行，等离子体的散布和演化规则主导了空间气候改变，对航天器的执役有着重要的影响。空间等离子体环境模仿系统研讨磁场重联、波-粒相互效果等影响空间等离子体环境的关键物理进程，以及被列为航天十大难题之一的通讯黑障问题。”金成刚感叹道：“等离子体设备各设备之间的接口关系十分复杂，自建造以来仅接口技能和谐会就开了700屡次，咱们和我国工程物理研讨院流体物理研讨所、航天科技集团514研讨所、合肥科烨电物理公司等外协单位一起攻克了瞬态大电磁力冲击下的运动支撑、大电流分流与汇流等多项关键技能，设备将在下一年试运转，初步具有试验条件，设备建成后将在世界上首次完成三维地球磁层空间等离子体环境模仿。”
“由射频屏蔽层、自动屏蔽线圈组和七层电磁屏蔽层构成的像俄罗斯套娃的结构，在内部可完成挨近零磁的空间。”在空间零磁环境科学试验楼，空间磁环境模仿与研讨系统担任人潘东华告知记者，该试验室是要在地上模仿一个低磁、零磁的环境。“现在咱们地点的环境是5万纳特斯拉的地球磁场。未来咱们要在试验室把静态磁场抑制到0.1至0.2纳特，要点重视低磁环境下，资料、器材、航天器的改变，以及长时间停留在空间站磁场对人体的影响。”
“高能射线在地上上感受不到，假如太空中高能射线打在航天器上，会影响航天器的功能。”加快器研讨室主任刘剑利看上去就像是工地现场施工的工人，却是学富五车的粒子物理学博士。他说，加快器系统首要模仿宇宙空间不同品种、不同能量的粒子和射线，为航天器资料、器材、生命体的研讨、点评供给技能条件。现在与外协单位——中科院近代物理研讨地点建的一套300MeV质子重离子加快器，是全国仅有一个此类航天器空间辐照研讨专用的加快器，建成后，估计每年可供给4000小时的服务机时。
“国家需求便是咱们科技攻关的方向”
2021年7月10日，“空间环境地上模仿设备”归纳环境模仿系统归纳辐照模仿试验舱、月尘环境模仿试验舱热真空测验作业圆满完成，在地上完成太阳系真空、低温两大类典型环境要素模仿。
“自2020年11月20日真空容器进场以来，在江北施工现场接连无休奋战233日，克服了冬天施工、新冠疫情以及世界贸易摩擦等带来的诸多困难与挑战，与航天科技集团511研讨所、我国原子能科学研讨院、中科院长春光机所等外协单位攻克了多项关键技能，完成了四大类环境模仿设备集成安装，为设备国家验收供给有力支撑。”李丽芳说：“青年人面临科研方向选择的时分，个人爱好能和国家需求联系在一起会是十分走运的，国家需求便是科技攻关的方向。”
谈起为之倾注整个“青葱”年月的“大科学工程”，今年39岁的潘东华感慨不已。他说，是“大科学工程”协助了自己成长，扩展常识和经历，在克服困难和挫折中不断收获信心。
2011年，潘东华还在读博士，得知需求磁环境技能，他体现出了极大的兴趣。
“这是一个斗胆且不按常理出牌的创新规划，也是当时空间环境与物质科学研讨院在研发作业中面临的最大难题，简直是天方夜谭。”说起最初的情景，潘东华至今依然激动不已。“从5万纳特到0.1纳特这样的跨度，这个目标十分难，但也是十分巴望的。”
怎么完成0.1纳特目标?怎么测验取得近零磁环境下软磁资料磁特性数据?怎么处理屏蔽结构中各类跨规范磁阻(相差高达5个数量级)的计算办法?磁对航天器或生命体又会发生什么影响?
“在这期间，咱们经过自己的尽力，成功建立了跨规范磁路的多层屏蔽结构的分析计算办法，形成了集成主体隔振的新式主被迫耦合式磁屏蔽方案及规划办法，并在校园的支持下完成了样机制造及试验验证，也是最关键的一步。”潘东华说，“面临这些问题，咱们青年人应该出一份力，用自己所学尽最大尽力攻克难题，承担起‘回馈公众，回馈社会，回馈国家’的责任。”
2011年12月，刘剑利博士刚回国，得知“空间环境地上模仿设备”拟建造高能质子加快器，他体现出了极大的兴趣。“大型加快器设备是咱们研讨范畴需求的基础渠道，由于其规划巨大、技能复杂、建造周期长的原因，一辈子能有时机参与一个这样的项目便是一种走运!”他说。带着这样的走运感，刘剑利博士投身到了“空间环境地上模仿设备”的项目证明和建造中，从一个项目的新人变成了项目的白叟。
说起作业中的艰辛，他说：“这个项目的重要性和展开潜力是一开始就知道的，但项目进行进程中的困难确实是没有预料到的。高能射线粒子本身虽然规范十分小，但却需求规划巨大的设备才干取得，为了取得想要的束流，需求成百上千个设备共同作业才干完成，需求多个学科专业的很多工程技能研讨人员配协作业。加快器设备一旦开机就24小时不停机运转，要求工程技能人员对自己的设备就像自己的孩子相同清楚和关怀，才干确保设备的高效运转。为此，咱们只能抛弃节假日，从设备的规划，到加工、安装、测验、调试每一个环节去不断熟悉。”提起人才的迫切需求，刘剑利博士深有感触地说：“在咱们这个项目上，为了引进一位人才，省委组织部都出头为咱们处理了人才家属的作业问题。”
在近五年的时间里，这支部队没有双休日，没有节假日，技能厂房、测验大厅和总装大厅在深夜依然灯火通明，作业24小时紧锣密鼓地进行。他们没有一天放松警惕，没有一天放松规范。
“疫情期间，整个松北区只要咱们一个工地在施工，上百吨重的设备全部需求在现场安装，是个艰难的工程。”33岁的李云龙首要担任和谐大科学工程建造中的设备安全确保作业。设备进场那天，哈尔滨暴雪，他带领团队在零下30多摄氏度的极寒气候中，徒手搬运设备三个小时。
“图什么?从前有人问过我相同的问题。我说，我在做一件值得一辈子骄傲的事，今后我也能够跟我的孩子说，这个世界上顶尖的科学工程是爸爸建的。我也能为国家的严重工程奉献自己的一份力气。”面临记者的发问，性格外向的李云龙湿了眼眶。
在地球上模仿太空环境的主意，起先，并不是一切专家都看好。选址、证明、立项、建造，哪一步都不易。
技能和工程上的巨大难度，没有可复制的经历，哈工大人秉承“特别能喫苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的“载人航天精力”，克服了各种不可思议的艰难险阻。
7月1日那天，范立国临时接到使命，他担任的冷却水系统要配合归纳环境模仿系统做热真空测验。然而在模仿运转傍边，他经过结尾滤芯观察到循环水中存在焊渣杂质。“这种水质下是不能进行测验试验的，焊渣会对精密设备发生严重影响。”
范立国忽然调高了音量和语调，对记者说，“我一个人将大型精密过滤器拆开，对其罐体及滤芯进行清洗，每循环过滤两个小时进行一次排水，就这样，从7月2日早八点，我接连作业了整整36个小时，终于使水质达到了使用要求。”他用手抹了把眼泪，接着说：“那天经历是我这辈子上过的最难忘的党课了。作为一名共产党员就应该冲在最前面，面临问题，带头处理问题。我将值勤记录及操作流程亲身转交给下一位值勤搭档后放心离开了。”
助力龙江打造世界航天科研学术中心
“航天梦是强国梦的重要组成部分。咱们要全力建造好大科学工程，为‘航天大国’迈向‘航天强国’作出奉献。”李立毅院长表示，依托我国正在建造的“天宫”空间站和“空间环境地上模仿设备”，尽力打造空间在轨试验、地上模仿试验，以及计算机数值模仿三位一体的天地一体化国家空间环境与物质效果研讨系统。
大科学工程是面向国内外开放同享的用户设施，其科学价值需求很多的用户群来成就。“国内外的科学家们，现已刻不容缓地要来展开空间科学试验了。”哈工大空间环境与物质科学研讨院副院长鄂鹏兴奋地向记者泄漏一组数据，现在已有国内外110余家高校和科研院所与“大科学工程”签署了用户协议，并已展开试验方案讨论与协作交流。别的，大科学工程建造的溢出效应也十分显着，一方面围绕空间环境模仿的许多关键技能在建造需求牵引下得到了打破，累计已申请世界和国内发明专利120余项，另一方面其作为空间科学研讨大渠道的科学价值和效能逐渐加强，较好地支撑了哈工大近期在空间光电资料、航天器执役点评等方面的亮点研讨作业。
李立毅院长说，大科学工程的建造关于哈工大、黑龙江省和我国的航天事业展开都会发生深远的影响，含义严重。在建造进程中，大科学工程得到了省、市、区政府在建造用地、电力配套等方面的大力支持，并将其列为省百大项目，省、市、区各级领导屡次到工程现场调研，和谐处理建造进程中的实际困难。项目建成后，可优化和平衡我国严重科技基础设施的区域布局，提高东北地区的基础科技实力和影响力，使黑龙江成为世界航天科技和空间科学的学术中心之一。
他以为，“上海光源”“天眼“等大科学工程建成后，都已成为当地地标性工程，对当地的经济社会建造和文明展开发生积极影响。大科学工程不只能够提高龙江的世界知名度，带动科技交流，还能够集人气、聚人才、凝人心，增强龙江人的自豪感、促进工业展开。
未来，哈工大将抓住新时期的展开机会，尽力提高育人水平与科研才干，并以国家大科学工程建造为关键，全面提高校园服务国家科技自立自强的才干。(来历：黑龙江日报文/摄记者赵一诺丁燕)
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哈工大打造“地面空间站”
2021-08-03 来源：中国起重机械网 人气: 821
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