Acesta este un lucru foarte inconspicuous caută. Este doar de mărimea unei palme și este puțin grea pe mână. Forma sa este destul de specială. Un tub metalic subțire este ca un stâlp, care transportă doi cilindri metalici groși, iar unul dintre cilindrii metalici este urmat de o jumătate de tub puțin mai subțire decât degetul mic.
Unul dintre frigiderele cu tuburi de puls de calitate aerospațială
Zhao Miguang, cercetător la Institutul de Fizică și Chimie al Academiei Chineze de Științe (denumit în continuare Institutul de Fizică și Chimie al Academiei Chineze de Științe), a declarat că ar costa aproximativ un milion de yuani pentru a face acest lucru acum. Cu toate acestea, înainte de 2000, țările străine nu l-ar vinde Chinei, indiferent cât de mult ar costa.
Este "artefactul de răcire" care a afectat sateliții optici de teledetecție din China de zeci de ani - frigiderul cu tuburi de puls de calitate aerospațială, un produs de înaltă tehnologie care poate reduce rapid temperatura locală la minus 200 de grade Celsius și nu va fi deteriorat timp de mulți ani.
Nașterea și dezvoltarea sa în China au beneficiat de un "termen lung" de către cercetătorii de la Academia Chineză de Științe.
Răciți până la minus 200 de grade Celsius în câteva minute
Pe 25 ianuarie, satelitul ZY-1 02E echipat cu trei frigidere cu tuburi de puls fabricate pe plan intern a achiziționat cu succes imagini de înaltă calitate. Aceste trei frigidere cu tuburi de puls sunt frigiderele cu tuburi de puls de clasa a 26-a, a 27-a și a 28-a din industria aerospațială, dezvoltate de Institutul de Fizică și Chimie al Academiei Chineze de Științe și utilizate cu succes în proiecte spațiale.
Noua epidemie a coroanei a făcut mulți oameni conștienți de tehnologia de "măsurare a temperaturii în infraroșu". Când corpul uman trece prin camera de termoviziune, punctele fierbinți de pe corp vor apărea roșii. Pentru a măsura temperatura pământului și a atmosferei, mulți sateliți meteorologici sunt, de asemenea, echipați cu detectoare cu infraroșu. Cu toate acestea, datorită distanței față de obiectul de detectare a țintei, detectorul cu infraroșu de pe satelit trebuie să mențină o temperatură scăzută sau chiar un nivel de temperatură extrem de scăzut pentru a detecta cea mai mică schimbare de căldură pe ținta îndepărtată.
Deci, cum să păstrați detectorul de infraroșu pe satelit într-o stare de temperatură scăzută? Oamenii de știință au inventat două tipuri de tehnologii de refrigerare, una este refrigerarea pasivă a radiațiilor, care se bazează pe principiul că obiectele de temperatură înaltă pot radia energie obiectelor cu temperatură scăzută; cealaltă este refrigerarea mecanică activă, principiul este de a face gaz prin mișcare mecanică. expansiunea, iar fenomenul de răcire apare atunci când gazul se extinde.
"Temperatura de racire a racirii cu radiatii este mare, iar capacitatea de racire este mica. Deși poate fi folosit pentru răcirea detectoarelor mici, nu poate îndeplini cerințele mai ridicate pentru temperatura scăzută a dispozitivelor aerospațiale. În schimb, tehnologia de răcire mecanică este mai fezabilă." Academia Chineză de Științe Fizică și Chimie Chen Houlei, cercetător la institut, a declarat pentru China Science Journal.
Tehnologia de refrigerare pulse tube este un fel de tehnologie de refrigerare mecanică. În 1963, oamenii de știință americani au descoperit accidental că atunci când există o undă de presiune alternativă într-un tub gol, capătul său închis se va încălzi și se poate forma un gradient mare de temperatură de-a lungul direcției axiale a tubului. Pe baza acestui fapt, au dezvoltat o refrigerare tub de puls. mașină. În 1984, oamenii de știință sovietici au transformat frigiderul cu tuburi de puls, ceea ce i-a îmbunătățit considerabil eficiența răcirii, iar căldura de cercetare aferentă a crescut, de asemenea.
Arătând spre frigiderul cu tub de puls din mână, Chen Houlei a introdus: "Această parte similară cu degetul mic se numește "degetul rece". Acest frigider mic poate reduce vârful degetului la minus 200 în câteva minute. Celsius. Am pus sonda pe vârful degetului, iar când temperatura sondei se răcește, putem vedea pământul clar."
De la teorie la inginerie
În anii 1980, Centrul de Experiment al Tehnologiei Criogenice al Academiei Chineze de Științe (una dintre unitățile Institutului de Fizică și Chimie al Academiei Chineze de Științe) a preluat conducerea în începerea cercetării de bază privind tehnologia de refrigerare a tuburilor de puls în China. Până în anii 1990, ei au stabilit recordul pentru cea mai scăzută temperatură de refrigerare de mai multe ori, au obținut o serie de realizări originale și au câștigat "Premiul Kapicha" și "Premiul Linde" al Societății Internaționale de Refrigerare.
În 1998, Statele Unite au fost primele care au proiectat frigidere cu tuburi de puls pentru a fi utilizate în programele spațiale. Deși țara mea a obținut rezultate de top la nivel mondial în cercetarea de bază a refrigerării tuburilor de puls, sateliții optici de teledetecție au suferit din cauza lipsei propriilor frigidere spațiale. "La acea vreme, unitatea de cercetare-dezvoltare nu putea importa decât din străinătate, iar frigiderul de calitate aerospațială era embargoat în țara noastră. Unitatea de cercetare și dezvoltare nu putea încerca decât să cumpere frigiderul de la nivelul solului." Zhao Miguang a spus.
Motivul pentru a spune "amar" este că durata de viață a frigiderelor importate de la nivelul solului este mai mică de 1/10 din cea a frigiderelor de calitate aerospațială și apar adesea probleme, iar după lansarea sateliților, acestea nu pot fi reparate în niciun moment ca pe teren. Odată ce pe orbită eșec, țara poate plăti un preț uriaș.
La sfârșitul anilor 1990, cu sprijinul Fondului Național de Știință pentru Tineri Savanți Distinși, al Academiei Chineze de Științe și al altor departamente relevante, echipa de cercetare a Institutului de Fizică și Chimie al Academiei Chineze de Științe a început să se transforme în cercetare aplicată în ansamblu. Confruntându-se cu nevoile majore în domeniul teledetecției spațiale naționale și al detectării infraroșiilor, aceștia au ieșit din grămada de hârtii vechi și au efectuat cercetări privind ingineria frigiderelor cu tuburi de puls și a aplicațiilor spațiale. Începând cu anul 2000, echipa a primit sprijin sistematic din partea Agenției Spațiale Naționale.
Drumul de la teorie la inginerie este plin de provocări. "Ceea ce vrem să facem sunt produse de calitate aerospațială. Dacă frigiderul va funcționa pe cer în viitor, trebuie să se garanteze că nu se va rupe timp de 8 ani, 10 ani sau chiar mai mult." Chen Houlei a spus.
Frigiderele sunt umplute cu gaz de heliu și trebuie să asigure o rată foarte scăzută de scurgere a moleculelor de heliu prin tehnologia fiabilă de sudare și etanșare. Comprimarea și expansiunea gazului depinde de piston. Acestea trebuie să facă pistonul și peretele cilindrului atât aproape, cât și fără contact, astfel încât să se asigure că pistonul nu se uzează atunci când uleiul nu poate fi utilizat. Mișcarea pistonului este susținută de un arc plat și trebuie să găsească modalități de a se asigura că arcul nu este strâmb, cu atât mai puțin rupt.
Fiecare "trebuie" înseamnă o presiune. "În acel moment, ne-am confruntat cu unele probleme și nu am putut merge mai departe pentru o lungă perioadă de timp, iar moralul tuturor a fost foarte scăzut." Zhao Miguang a spus.
Rezumați progresul la ora 8:00 dimineața și lăsați munca la ora 12:00 seara. În acest fel, au trecut 8 ani. În ultimii 8 ani, Riyuexingchen a asistat la drumul lor de a aborda probleme cheie: frigiderul cu tuburi de puls pe care l-au dezvoltat a realizat sudarea completă a aliajelor de titan; distanța dintre piston și cilindru a ajuns la nivelul micronilor; arcul frunzei se poate deplasa 100 în testul anti-oboseală. De peste 100 de milioane de ori, există chiar și un test anti-oboseală de primăvară "care rulează" de mai bine de 10 ani și nu există nicio problemă până acum.
28 de frigidere cu tub de puls au fost puse în funcțiune
În 2008, sub conducerea cercetătorului Liang Jingtao, actualul director al Laboratorului cheie al tehnologiei de conversie a căldurii în muncă spațială, Institutul de Fizică și Chimie, Academia Chineză de Științe, echipa de cercetare științifică a dezvoltat primul frigider cu tuburi de puls cu durată lungă de viață din țara mea în spațiu și a efectuat cu succes verificarea pe orbită. Frigiderul a realizat un salt istoric de la zero, de la urmărire până la intrarea în cea mai recentă etapă de dezvoltare internațională, iar țara mea a devenit astfel a doua țară după Statele Unite care stăpânește tehnologia de refrigerare a tuburilor cu puls spațial.
De atunci, "piatra de poticnire" în dezvoltarea sateliților optici în spectrul infraroșu a fost eliminată, iar planificarea și demonstrarea unei serii de modele de sateliți din țară a fost în plină desfășurare.
Inovația tehnologică creează cerere, ceea ce, la rândul său, stimulează dezvoltarea tehnologică. În următorii zece ani, dezvoltarea detectoarelor de infraroșu spațiale din țara mea a prezentat în mod continuu cerințe mai mari pentru frigiderele cu tuburi de puls spațiale.
Pe 9 mai 2018, satelitul Gaofen-5 a fost lansat cu succes. Acesta a fost echipat cu un frigider cu tub de puls, cu capacitate mare de răcire și durată lungă de viață dezvoltat de Institutul de Fizică și Chimie al Academiei Chineze de Științe.
Acest satelit poartă primul imager spectral cu spectru complet din țara mea care acoperă benzile de spectru infraroșu vizibile, în infraroșu aproape, cu unde scurte, unde medii și cu unde lungi. Comparativ cu detectoarele optice anterioare, acesta este mai mare și mai greu. Pentru a se adapta la cerere, echipa de proiect chiller a adoptat cu îndrăzneală o nouă soluție. Chiller-ul putea transporta doar degetul rece al platformei reci cu o dimensiune mai mare de zece milimetri și o greutate de câteva grame și l-a proiectat într-un ansamblu de detectoare cu o dimensiune de o sută de milimetri și o greutate de un kilogram. .
În primii ani, drumul spre transformarea designului în realitate a fost accidentat. Cu toate acestea, cu cât experimentezi mai multe eșecuri, cu atât bucuria succesului devine mai memorabilă.
"Aceasta este o nouă inițiativă internațională!" Ochii lui Chen Houlei s-au aprins când a spus acest lucru.
La ora 11:11 pe 26 decembrie 2021, satelitul "Ziyuan No. 1 02E" a fost lansat cu succes la Taiyuan Satellite Launch Center. Detectorul cu infraroșu cu unde lungi transportat pe el trebuie să funcționeze într-un mediu cu temperatură scăzută de minus 193 de grade Celsius. Imagerul spectral de pe Gaofen-5 este mai mare și necesită de două ori zona de răcire a frigiderului cu tub de puls.
În timpul procesului de dezvoltare, cercetătorii s-au confruntat cu dificultăți fără precedent. "Durata de viață a satelitului 'Zuanyu No. 1 02E' este de 10 ani, ceea ce este mai mare decât cerința anterioară de viață de 8 ani. Pentru a îndeplini cerințele proiectului, am propus un plan de utilizare a dispozitivului de comutare pentru a face backup compresorului. În cazul creșterii greutății limitate, cea mare Îmbunătățește foarte mult durata de viață a frigiderului." Liu Yanjie, designerul șef al acestui frigider cu tuburi de puls și cercetător asociat la Institutul de Fizică și Chimie al Academiei Chineze de Științe, a declarat pentru China Science Journal.
"În timpul proiectării degetului rece, placa rece cu suprafață mare pe care am folosit-o a avut o problemă de deformare din cauza dilatării și contracției termice, iar detectorul de pe acesta a fost ușor de spart." Designerul cu degetul rece al acestui frigider cu tub de puls, Quan Jia, cercetător asociat la Institutul de Fizică și Chimie al Academiei Chineze de Științe, a amintit că, după nenumărate discuții și depanare, au făcut o nouă potrivire materială pentru placa rece și, în cele din urmă, au rezolvat problema.
Astăzi, ei au dezvoltat frigidere cu tuburi de puls de calitate aerospațială de diferite forme și performanțe, dintre care 28 au fost lansate pe orbită.
Fiecare proiect este plin de provocări, iar aceste provocări sunt forța motrice din spatele echipei de dezvoltare a frigiderului cu tub de puls.
"Dezvoltăm o tehnologie de refrigerare mai avansată, cu o capacitate de răcire de peste 100 de wați, o temperatură aproape de zero absolut și o greutate de până la câteva sute de grame." Liang Jingtao a spus că echipa se va baza pe dezvoltarea cu succes a frigiderului cu tub de puls spațial. Continuați să duceți mai departe spiritul de "a îndrăzni să provocați și să luptați din greu", să vă asumați cu curaj "responsabilitatea națională" și să mergeți mai departe pentru a satisface nevoile de refrigerare la temperaturi scăzute în spațiile viitoare.
Pe drumul de dezvoltare a tehnologiei frigiderelor criogenice de calitate aerospațială, acest "termen lung" continuă.
