To bardzo niepozornie wyglądająca rzecz. Jest tylko wielkości dłoni i jest trochę ciężki na dłoni. Jego kształt jest dość wyjątkowy. Cienka metalowa rurka jest jak słup, niosący dwa grube metalowe cylindry, a po jednym z metalowych cylindrów następuje połowa rurki nieco cieńsza niż mały palec.
Jedna z lodówek impulsowych klasy lotniczej
Zhao Miguang, badacz z Instytutu Fizyki i Chemii Chińskiej Akademii Nauk (zwanego dalej Instytutem Fizyki i Chemii Chińskiej Akademii Nauk), powiedział, że zrobienie tego teraz kosztowałoby około miliona juanów. Jednak przed 2000 rokiem zagraniczne kraje nie sprzedawały go Chinom, bez względu na to, ile to kosztowało.
Jest to "artefakt chłodzący", który od dziesięcioleci nęka chińskie optyczne satelity teledetekcyjne - lodówka z rurką impulsową klasy lotniczej, zaawansowany technologicznie produkt, który może szybko obniżyć lokalną temperaturę do minus 200 stopni Celsjusza i nie zostanie uszkodzony przez wiele lat.
Jego narodziny i rozwój w Chinach skorzystały z "długiej perspektywy" naukowców z Chińskiej Akademii Nauk.
Ochłodzić do minus 200 stopni Celsjusza w ciągu kilku minut
25 stycznia satelita ZY-1 02E wyposażony w trzy domowe lodówki z lampami impulsowymi z powodzeniem uzyskał wysokiej jakości obrazy. Te trzy lodówki z rurkami impulsowymi są 26., 27. i 28. lodówką impulsową klasy lotniczej opracowaną przez Instytut Fizyki i Chemii Chińskiej Akademii Nauk i z powodzeniem stosowaną w projektach kosmicznych.
Nowa epidemia korony uświadomiła wielu ludziom technologię "pomiaru temperatury w podczerwieni". Kiedy ludzkie ciało przechodzi przez kamerę termowizyjną, gorące punkty na ciele wydają się czerwone. Aby zmierzyć temperaturę ziemi i atmosfery, wiele satelitów meteorologicznych jest również wyposażonych w detektory podczerwieni. Jednak ze względu na odległość od obiektu detekcji celu, detektor podczerwieni na satelicie musi utrzymywać niską temperaturę lub nawet ekstremalnie niski poziom temperatury, aby wykryć najmniejszą zmianę ciepła na odległym celu.
Jak więc utrzymać detektor podczerwieni na satelicie w stanie niskiej temperatury? Naukowcy wynaleźli dwa rodzaje technologii chłodniczych, jedną z nich jest pasywne chłodzenie radiacyjne, które opiera się na zasadzie, że obiekty wysokotemperaturowe mogą emitować energię do obiektów o niskiej temperaturze; drugim jest aktywne chłodzenie mechaniczne, zasadą jest wytwarzanie gazu poprzez ruch mechaniczny. ekspansja, a zjawisko chłodzenia występuje, gdy gaz rozszerza się.
"Temperatura chłodzenia radiacyjnego jest wysoka, a wydajność chłodzenia jest niewielka. Chociaż może być stosowany do chłodzenia małych detektorów, nie może spełniać wyższych wymagań dla niskich temperatur urządzeń lotniczych. W przeciwieństwie do tego, technologia chłodzenia mechanicznego jest bardziej wykonalna. " Chińska Akademia Nauk Fizyki i Chemii Chen Houlei, badacz z instytutu, powiedział China Science Journal.
Technologia chłodzenia rur impulsowych jest rodzajem mechanicznej technologii chłodniczej. W 1963 roku amerykańscy naukowcy przypadkowo odkryli, że gdy w pustej rurze występuje naprzemienna fala ciśnienia, jej zamknięty koniec nagrzewa się, a wzdłuż osiowego kierunku rury może powstać duży gradient temperatury. Na tej podstawie opracowali chłodzenie rur impulsowych. maszyna. W 1984 roku radzieccy naukowcy przekształcili lodówkę z rurką impulsową, co znacznie poprawiło jej wydajność chłodzenia, a związane z tym ciepło badawcze również wzrosło.
Wskazując na lodówkę z rurką pulsacyjną w dłoni, Chen Houlei przedstawił: "Ta część podobna do małego palca nazywa się "zimnym palcem". Ta mała lodówka może zmniejszyć opuszkę palca do minus 200 w ciągu kilku minut. Celsjusza. Kładziemy sondę na koniuszku palca, a kiedy temperatura sondy ostygnie, możemy wyraźnie zobaczyć ziemię. "
Od teorii do inżynierii
W 1980 roku Centrum Eksperymentów Technologii Kriogenicznej Chińskiej Akademii Nauk (jedna z jednostek Instytutu Fizyki i Chemii Chińskiej Akademii Nauk) przejęło inicjatywę w rozpoczęciu podstawowych badań nad technologią chłodzenia rur impulsowych w Chinach. Do 1990 roku kilkakrotnie ustanowili rekord najniższej temperatury chłodzenia, osiągnęli szereg oryginalnych osiągnięć i zdobyli nagrodę "Kapicha Award" i "Linde Award" Międzynarodowego Towarzystwa Chłodnictwa.
W 1998 roku Stany Zjednoczone jako pierwsze zaprojektowały lodówki z rurką impulsową do użytku w programach kosmicznych. Chociaż mój kraj osiągnął wiodące na świecie wyniki w podstawowych badaniach nad chłodzeniem lamp impulsowych, optyczne satelity teledetekcyjne cierpią z powodu braku własnych lodówek kosmicznych. "W tym czasie jednostka badawczo-rozwojowa mogła importować tylko z zagranicy, a lodówka klasy lotniczej została objęta embargiem na nasz kraj. Jednostka badawczo-rozwojowa mogła tylko spróbować każdego sposobu zakupu lodówki na poziomie gruntu. " Zhao Miguang powiedział.
Powodem powiedzenia "gorzki" jest to, że żywotność importowanych lodówek na poziomie gruntu jest mniejsza niż 1/10 długości lodówek klasy lotniczej, a problemy często występują, a po wystrzeleniu satelitów nie można ich naprawić w żadnym momencie, tak jak są na ziemi. Po awarii na orbicie kraj może zapłacić ogromną cenę.
Pod koniec 1990 roku, przy wsparciu Narodowego Funduszu Nauki dla Wybitnych Młodych Uczonych, Chińskiej Akademii Nauk i innych odpowiednich wydziałów, zespół badawczy Instytutu Fizyki i Chemii Chińskiej Akademii Nauk zaczął przekształcać się w badania stosowane jako całość. W obliczu głównych potrzeb w dziedzinie krajowej teledetekcji kosmicznej i wykrywania podczerwieni, wyszli ze stosu starych dokumentów i przeprowadzili badania nad inżynierią lodówek impulsowych i zastosowań kosmicznych. Począwszy od 2000 roku zespół otrzymywał systematyczne wsparcie od Narodowej Agencji Kosmicznej.
Droga od teorii do inżynierii jest pełna wyzwań. "To, co chcemy zrobić, to produkty klasy lotniczej. Jeśli lodówka będzie działać na niebie w przyszłości, należy zagwarantować, że nie pęknie przez 8 lat, 10 lat lub nawet dłużej. Chen Houlei powiedział.
Lodówki są wypełnione gazem helowym i muszą zapewniać bardzo niski współczynnik wycieku cząsteczek helu dzięki niezawodnej technologii spawania i uszczelniania. Sprężanie i rozszerzanie gazu zależy od tłoka. Muszą one sprawiać, że tłok i ścianka cylindra są zarówno blisko, jak i bezdotykowe, tak aby tłok nie zużywał się, gdy nie można użyć oleju. Ruch tłoka jest podtrzymywany przez płaską sprężynę i muszą znaleźć sposoby, aby upewnić się, że sprężyna nie jest krzywa, nie mówiąc już o złamaniu.
Każde "musi" oznacza presję. "W tym czasie napotkaliśmy pewne problemy i nie mogliśmy iść do przodu przez długi czas, a morale wszystkich było bardzo niskie". Zhao Miguang powiedział.
Podsumuj postępy o 8:00 rano i wyjdź z pracy o 12:00 wieczorem. W ten sposób minęło 8 lat. W ciągu ostatnich 8 lat Riyuexingchen był świadkiem ich drogi do rozwiązania kluczowych problemów: opracowana przez nich lodówka z rurkami impulsowymi osiągnęła pełne spawanie stopów tytanu; odległość między tłokiem a cylindrem osiągnęła poziom mikronów; sprężyna piórowa może przesunąć się o 100 w teście przeciwzmęczeniowym. Ponad 100 milionów razy istnieje nawet wiosenny test przeciwzmęczeniowy "działający" przez ponad 10 lat i jak dotąd nie ma problemu.
Oddano do użytku 28 lodówek z rurką pulsacyjną
W 2008 roku, pod kierownictwem badacza Liang Jingtao, obecnego dyrektora Kluczowego Laboratorium Technologii Konwersji Ciepła Pracy Kosmicznej, Instytut Fizyki i Chemii Chińskiej Akademii Nauk, zespół badań naukowych opracował pierwszą w moim kraju lodówkę z rurką pulsacyjną o długiej żywotności w kosmosie i z powodzeniem przeprowadził weryfikację na orbicie. Lodówka osiągnęła historyczny skok od zera, od śledzenia do wejścia w najnowszy etap rozwoju międzynarodowego, a mój kraj stał się tym samym drugim krajem po Stanach Zjednoczonych, który opanował technologię chłodzenia lamp impulsowych kosmicznych.
Od tego czasu "przeszkoda" w rozwoju satelitów optycznych w widmie podczerwieni została odrzucona, a planowanie i demonstracja serii modeli satelitarnych w kraju była w pełnym rozkwicie.
Innowacje technologiczne tworzą popyt, który z kolei napędza rozwój technologiczny. W ciągu następnych dziesięciu lat rozwój kosmicznych detektorów podczerwieni w moim kraju stale stawiał wyższe wymagania dla kosmicznych lodówek z rurkami impulsowymi.
9 maja 2018 roku satelita Gaofen-5 został pomyślnie wystrzelony. Został wyposażony w lodówkę z rurką impulsową o dużej wydajności chłodniczej i długiej żywotności opracowanej przez Instytut Fizyki i Chemii Chińskiej Akademii Nauk.
Ten satelita przenosi pierwszy w moim kraju obraz widmowy o pełnym spektrum obejmujący pasma widma widzialnego, bliskiej podczerwieni, krótkofalowego, średniofalowego i długofalowego. W porównaniu z poprzednimi detektorami optycznymi jest większy i cięższy. Aby dostosować się do zapotrzebowania, zespół projektowy agregatu chłodniczego odważnie przyjął nowe rozwiązanie. Agregat chłodniczy mógł przenosić tylko zimny palec zimnej platformy o wielkości ponad dziesięciu milimetrów i wadze kilku gramów i zaprojektował go w zespół detektora o wielkości stu milimetrów i wadze jednego kilograma. .
W ciągu pierwszych kilku lat droga do przekształcenia projektu w rzeczywistość była wyboista. Jednak im więcej porażek doświadczasz, tym bardziej niezapomniana staje się radość z sukcesu.
"To nowa międzynarodowa inicjatywa!" Oczy Chen Houlei rozjaśniły się, kiedy to powiedział.
O godzinie 11:11 26 grudnia 2021 r. satelita "Ziyuan No. 1 02E" został pomyślnie wystrzelony w Centrum Startowym Satelitów Taiyuan. Przenoszony na nim długofalowy detektor podczerwieni musi pracować w środowisku o niskiej temperaturze minus 193 stopni Celsjusza. Imager widmowy na Gaofen-5 jest większy i wymaga dwukrotnie większego obszaru chłodzenia lodówki z rurką impulsową.
Podczas procesu rozwoju naukowcy napotkali bezprecedensowe trudności. "Żywotność satelity "Zuanyu No. 1 02E" wynosi 10 lat, czyli więcej niż poprzedni 8-letni wymóg żywotności. Aby sprostać wymaganiom projektu, zaproponowaliśmy plan wykorzystania urządzenia przełączającego do tworzenia kopii zapasowych sprężarki. W przypadku zwiększenia ograniczonej wagi, dużej To znacznie poprawia żywotność lodówki. " Liu Yanjie, główny projektant tej lodówki z rurką impulsową i współpracownik naukowy w Instytucie Fizyki i Chemii Chińskiej Akademii Nauk, powiedział China Science Journal.
"Podczas projektowania zimnego palca, wielkopowierzchniowa zimna płyta, której używaliśmy, miała problem z deformacją z powodu rozszerzalności cieplnej i skurczu, a detektor na niej był łatwo uszkodzony." Projektant zimnych palców tej lodówki z rurkami impulsowymi, Quan Jia, badacz w Instytucie Fizyki i Chemii Chińskiej Akademii Nauk, przypomniał, że po niezliczonych dyskusjach i debugowaniu stworzyli nowe dopasowanie materiału do zimnej płyty i ostatecznie rozwiązali problem.
Dziś opracowali lodówki z rurkami impulsowymi klasy lotniczej o różnych kształtach i osiągach, z których 28 zostało wystrzelonych na orbitę.
Każdy projekt jest pełen wyzwań, a te wyzwania są siłą napędową zespołu opracowującego lodówki z rurką impulsową.
"Opracowujemy bardziej zaawansowaną technologię chłodzenia niskotemperaturowego o wydajności chłodniczej ponad 100 watów, temperaturze bliskiej zeru absolutnemu i wadze tak niskiej, jak kilkaset gramów." Liang Jingtao powiedział, że zespół będzie budował na udanym rozwoju kosmicznej lodówki z rurką impulsową. Kontynuujcie ducha "odwagi, by rzucać wyzwania i ciężko walczyć", odważnie przyjmujcie "odpowiedzialność narodową" i idziemy naprzód, aby zaspokoić potrzeby chłodnictwa niskotemperaturowego w przyszłych przestrzeniach.
Na drodze rozwoju technologii lodówek kriogenicznych klasy lotniczej ta "długa perspektywa" trwa.
