[本站讯]近日,由山东大学热科学与工程研究中心程林教授主持的国际重大研究计划“AMS02热系统研究与设计”顺利完成,并于12月12日通过了由山东省科学技术厅组织的项目技术鉴定。由中国科学院院士徐建中、过增元、陶文铨、周远、胡文瑞、葛昌纯、庄逢辰、蔡睿贤和中国工程院院士蒋洪德等九位院士组成的鉴定委员会一致认为本项目是我国在参加国际大型科学实验项目中的重大突破,具有国际先进水平。
AMS02热系统涉及传热、机械、材料、物理、电子等多个领域。本项目的顺利完成,很好地促进了多学科融合,建立了一个在国际上有一定影响、在国内有重要作用的共性技术平台,形成了一支具有国际影响力和竞争力的学术团队。与此同时,AMS02项目也是一个不断产生先进技术的巨大平台,诞生了诸多目前尚没有被推广应用的先进技术。本项目通过合作,共享实验数据、研究成果和经验,掌握了大型设备及相关系统的先进设计理念,对于相似科学项目的研究具有重要指导意义,相关研究成果可望推广应用于相类似空间实验及民用设备,对山东省乃至全国的高新技术研究和应用水平将产生积极推动作用。目前,项目组已深入开展了环路热管技术研究,自主设计和研制了环路热管关键部件——毛细芯,具有硬度高、孔隙率高、毛细能力强等特点,符合环路热管的传热及流动性能要求;开发研制了可用于大功率设备的环路热管冷却系统,具有广阔的应用前景。环路热管今年5月通过科技部验收,被认为是热管技术的一项重大突破,可被有效应用于电子设备冷却、大功率设备热控等多个领域,其产业化的实施将产生巨大的社会与经济效益。
AMS02(阿尔法磁谱仪)是诺贝尔物理学奖获得者丁肇中教授领导的大型国际合作项目,是世界上第一个也是目前唯一被批准在国际空间站(ISS)上进行的大型科学实验,计划于2010年由航天飞机发送至国际空间站,运行3至5年。AMS02将提供带电粒子、宇宙射线在TeV范围的精确测量数据,精确测量坐标位置和光子能量,寻找太空反物质、暗物质,并研究天体物理学现象,如宇宙射线起源等。包括美国、中国、俄罗斯、意大利、瑞士、德国、芬兰等16个国家和地区的60个著名研究机构的科学家和工程师参加了该项目。山东大学于2004年2月加入AMS02项目组,全面负责AMS02热系统研究与设计,程林教授任首席科学家。主要任务有:1)AMS02热系统结构件(STA)的设计、分析、制造、装配和测试。包括Wake侧的主散热板、RAM侧的主散热板、Tracker散热板、52根不同类型的热管、59个托架、62根连接件、295件电子箱及电源分配箱的箱板、1028个内插件和16根六层碳纤维结构连接杆,所有结构件均符合美国宇航局对航天设备的严格条件。2)AMS02主散热板WAKE侧和RAM侧的设计、建模及轨道环境下的典型工况分析。AMS02主散热板系统需将1500W的热量排到外太空,以控制电子设备工作温度在规定的范围内。建立了散热板数学模型和热分析模型,对AMS02轨道运行环境下的189种典型工况进行模拟分析,结果表明,散热板设计合理,能够使所有电子设备都满足温度要求。3)AMS02低温冷却器热系统的设计、两相建模研究及在轨典型工况的热分析。AMS02超导磁铁1.8K的低温要通过超液态氦来实现和维持,通过真空仓和四套低温冷却器来调节和维护,每个低温冷却器需消耗掉100W的功率来实现对真空仓外围低温的维护,设计中采用环路热管技术。对低温冷却器热系统的建模、及21种典型轨道工况分析表明,采用双路环路热管和旁通阀技术,能够实现热量从低温冷却器到顶端散热器再到外太空的有效传递,同时也能保证低温冷却器在最冷环境下的温度在工作范围之内。4)AMS02超导磁铁航空电子箱(CAB)热系统的设计、分析及两相模拟研究。AMS02超导磁铁的充电和放电是由超导磁铁航空电子箱(CAB)来控制。磁铁正常运行时CAB消耗105W的功率,而充电过程CAB需消耗750W的功率。由此所产生的热量及时有效地排散通过CAB热系统实现。其中采用热管技术对电子设备表面均温,利用环路热管技术将更多热量传递到WAKE散热板外侧,再通过辐射传递到外太空。热分析结果表明,在AMS02正常工作和超导磁铁充电状态下,热系统都能有效维持CAB的温度在规定范围之内。5)AMS02与欧洲航天技术中心(ESTEC)大空间模拟仓的模型耦合、热真空实验设计与模拟分析等。作为验证AMS02热系统有效性的唯一方法—热平衡试验,是AMS02在发射前必须实施的唯一一项系统级的热试验。本项目对AMS02热平衡实验进行了设计、分析和优化,采用了蒙特卡罗算法分析计算AMS02与大空间模拟器之间的辐射换热,对各子探测器在模拟的热真空环境下的热响应进行了全面研究,验证了AMS02热控系统的有效性。丁肇中教授专门致函徐显明校长对AMS02热系统首席科学家程林教授及其团队出色的工作给予了高度评价。]