És una cosa molt discreta. És només de la mida d'un palmell, i és una mica pesat a la mà. La seva forma és molt especial. Un tub metàl·lic prim és com un pal, que porta dos cilindres metàl·lics gruixuts, i un dels cilindres metàl·lics és seguit per la meitat d'un tub lleugerament més prim que el dit petit.
Un dels refrigeradors de tubs de polsos aeroespacials
Zhao Miguang, investigador de l'Institut de Física i Química de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (d'ara endavant, l'Institut de Física i Química de l'Acadèmia Xinesa de Ciències), va dir que costaria al voltant d'un milió de iuans fer això ara. No obstant això, abans de l'any 2000, els països estrangers no el vendrien a la Xina, per molt que costés.
És l'"artefacte de refrigeració" que ha plagat els satèl·lits òptics de teledetecció de la Xina durant dècades: la nevera de tubs de polsos aeroespacial, un producte d'alta tecnologia que pot reduir ràpidament la temperatura local a menys de 200 graus centígrads i no es farà malbé durant molts anys.
El seu naixement i desenvolupament a la Xina es va beneficiar d'un "llarg recorregut" per investigadors de l'Acadèmia Xinesa de Ciències.
Refreda't a menys de 200 graus centígrads en pocs minuts
El 25 de gener, el satèl·lit ZY-1 02E equipat amb tres refrigeradors de tubs d'impulsos fabricats a nivell nacional va adquirir amb èxit imatges d'alta qualitat. Aquests tres refrigeradors de tubs de pols són els refrigeradors de tubs de polsos 26, 27 i 28th aerospace- grades desenvolupats per l'Institut de Física i Química de l'Acadèmia Xinesa de Ciències i utilitzats amb èxit en projectes espacials.
La nova epidèmia de la corona ha fet que moltes persones siguin conscients de la tecnologia de "mesurament de la temperatura infraroja". Quan el cos humà passa a través de la càmera d'imatge tèrmica, els punts calents del cos apareixeran vermells. Per mesurar la temperatura de la Terra i l'atmosfera, molts satèl·lits meteorològics també estan equipats amb detectors d'infrarojos. No obstant això, a causa de la distància de l'objecte de detecció d'objectius, el detector d'infrarojos del satèl·lit necessita mantenir una temperatura baixa o fins i tot un nivell de temperatura extremadament baix per detectar el més mínim canvi de calor en l'objectiu llunyà.
Llavors, com mantenir el detector d'infrarojos en el satèl·lit en un estat de baixa temperatura? Els científics han inventat dos tipus de tecnologies de refrigeració, una és la refrigeració per radiació passiva, que es basa en el principi que els objectes d'alta temperatura poden irradiar energia a objectes de baixa temperatura; l'altra és la refrigeració mecànica activa, el principi és fer gas a través del moviment mecànic. l'expansió, i el fenomen de refredament es produeix quan el gas s'expandeix.
"La temperatura de refredament del refredament per radiació és alta i la capacitat de refrigeració és petita. Tot i que es pot utilitzar per refredar petits detectors, no pot satisfer els requisits més alts per a la baixa temperatura dels dispositius aeroespacials. En canvi, la tecnologia de refrigeració mecànica és més factible". L'Acadèmia Xinesa de Ciències Física i Química Chen Houlei, investigador de l'institut, va dir al China Science Journal.
La tecnologia de refrigeració per tubs d'impuls és un tipus de tecnologia de refrigeració mecànica. El 1963, científics nord-americans van descobrir accidentalment que quan hi ha una ona de pressió alterna en un tub buit, el seu extrem tancat s'escalfarà, i es pot formar un gran gradient de temperatura al llarg de la direcció axial del tub. Basant-se en això, van desenvolupar una refrigeració per tub d'impulsos. màquina. El 1984, científics soviètics van transformar la nevera del tub de polsos, que va millorar considerablement la seva eficiència de refrigeració, i la calor de la investigació relacionada també va augmentar.
Assenyalant la nevera del tub d'impulsos a la mà, Chen Houlei va introduir: "Aquesta part similar al dit petit s'anomena el 'dit fred'. Aquest petit frigorífic pot reduir la punta dels dits a menys de 200 en pocs minuts. Celsius. Posem la sonda a la punta dels dits, i quan la temperatura de la sonda es refreda, podem veure la Terra clarament".
De la teoria a l'enginyeria
En la dècada de 1980, el Centre d'Experiments de Tecnologia Criogènica de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (una de les unitats de l'Institut de Física i Química de l'Acadèmia Xinesa de Ciències) va prendre la iniciativa en l'inici de la investigació bàsica sobre la tecnologia de refrigeració per tubs de pols a la Xina. A la dècada de 1990, havien establert el rècord de la temperatura de refrigeració més baixa diverses vegades, van aconseguir una sèrie d'èxits originals i van guanyar el "Premi Kapicha" i el "Premi Linde" de la Societat Internacional de Refrigeració.
El 1998, els Estats Units van ser els primers a dissenyar refrigeradors de tubs d'impulsos per al seu ús en programes espacials. Tot i que el meu país ha aconseguit resultats líders mundials en la investigació bàsica de la refrigeració per tubs de pols, els satèl·lits òptics de teledetecció han estat patint de la manca de les seves pròpies neveres espacials. "En aquell moment, la unitat d'investigació i desenvolupament només podia importar des de l'estranger, i la nevera de grau aeroespacial va ser embardada al nostre país. La unitat d'investigació i desenvolupament només podia intentar totes les maneres de comprar la nevera a nivell de terra". Zhao Miguang va dir.
La raó per dir "amarg" és que la vida útil dels refrigeradors importats a nivell del sòl és inferior a 1/10 de la dels refrigeradors aeroespacials, i sovint es produeixen problemes, i després de llançar els satèl·lits, no es poden reparar en cap moment com ho són a terra. Un cop fallada en òrbita, el país pot pagar un preu enorme.
A finals de la dècada de 1990, amb el suport del Fons Nacional de Ciències per a Joves Erudits Distingits, l'Acadèmia Xinesa de Ciències i altres departaments rellevants, l'equip d'investigació de l'Institut de Física i Química de l'Acadèmia Xinesa de Ciències va començar a transformar-se en investigació aplicada en el seu conjunt. Davant les principals necessitats en el camp de la teledetecció espacial nacional i la detecció d'infrarojos, van sortir de la pila de papers antics i van dur a terme investigacions sobre l'enginyeria de refrigeradors de tubs de pols i aplicacions espacials. A partir de l'any 2000, l'equip va rebre suport sistemàtic de l'Agència Espacial Nacional.
El camí de la teoria a l'enginyeria està ple de reptes. "El que volem fer són productes aeroespacials. Si la nevera funcionarà al cel en el futur, s'ha de garantir que no es trencarà durant 8 anys, 10 anys o fins i tot més". Va dir en Chen Houlei.
Els refrigeradors estan plens de gas d'heli, i han d'assegurar una taxa de fuita molt baixa de molècules d'heli mitjançant tecnologia fiable de soldadura i segellat. La compressió i expansió del gas depèn del pistó. Han de fer que el pistó i la paret del cilindre estiguin tan a prop com sense contacte, per tal d'assegurar-se que el pistó no es porta quan no es pot utilitzar oli. El moviment del pistó està recolzat per una molla plana, i han de trobar maneres d'assegurar-se que la primavera no sigui torta, i molt menys trencada.
Cada "ha" de ser una pressió. "En aquell moment, ens vam trobar amb alguns problemes, i no vam poder avançar durant molt de temps, i la moral de tots era molt baixa". Zhao Miguang va dir.
Resumeix el progrés a les 8:00 del matí, i deixa la feina a les 12:00 de la tarda. D'aquesta manera han passat 8 anys. En els últims 8 anys, Riyuexingchen ha estat testimoni del seu camí per fer front a problemes clau: la nevera de tubs de pols que van desenvolupar va aconseguir una soldadura completa d'aliatges de titani; la distància entre el pistó i el cilindre va arribar al nivell de micones; la molla de fulla es pot moure 100 en la prova anti-fatiga. Més de 100 milions de vegades, fins i tot hi ha una prova anti-fatiga de primavera "corrent" durant més de 10 anys, i no hi ha cap problema fins ara.
S'han posat en servei 28 refrigeradors de tubs d'impulsos
El 2008, sota el lideratge de l'investigador Liang Jingtao, actual director del Laboratori Clau de Tecnologia de Conversió de Calor Treball Espacial, Institut de Física i Química de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, l'equip d'investigació científica va desenvolupar la primera nevera de tubs de polsos de llarga vida del meu país a l'espai i va dur a terme amb èxit la verificació en òrbita. La nevera ha aconseguit un salt històric des de zero, des del seguiment fins a entrar en l'última etapa de desenvolupament internacional, i el meu país s'ha convertit així en el segon país després dels Estats Units a dominar la tecnologia de refrigeració per tubs d'impulsos espacials.
Des de llavors, el "obstacle" en el desenvolupament de satèl·lits òptics en l'espectre infraroig s'ha eliminat, i la planificació i demostració d'una sèrie de models de satèl·lits al país ha estat en ple apogeu.
La innovació tecnològica crea demanda, la qual cosa al seu torn impulsa el desenvolupament tecnològic. En els següents deu anys, el desenvolupament dels detectors d'infrarojos espacials del meu país ha presentat contínuament requisits més alts per a refrigeradors de tubs de pols espacials.
El 9 de maig de 2018, el satèl·lit Gaofen-5 va ser llançat amb èxit. Estava equipat amb una nevera de tub d'impulsos amb gran capacitat de refrigeració i llarga vida desenvolupada per l'Institut de Física i Química de l'Acadèmia Xinesa de Ciències.
Aquest satèl·lit porta la primera imatge espectral d'espectre complet del meu país que cobreix les bandes d'espectre infraroig visible, d'infraroig proper, d'ona curta, d'ona mitjana i d'ona llarga. En comparació amb els detectors òptics anteriors, és més gran i pesat. Per tal d'adaptar-se a la demanda, l'equip del projecte chiller va adoptar amb valentia una nova solució. El refrigerador només podia portar el dit fred de la plataforma freda amb una mida de més de deu mil·límetres i un pes d'uns pocs grams, i el va dissenyar en un muntatge detector amb una mida de cent mil·límetres i un pes d'un quilogram. .
En els primers anys, el camí per convertir el disseny en realitat va ser sobtat. No obstant això, com més fracassos experimentis, més inoblidable serà l'alegria de l'èxit.
"Aquesta és una nova iniciativa internacional!" Els ulls de Chen Houlei es van il·luminar quan va dir això.
A les 11:11 del 26 de desembre de 2021, el satèl·lit "Ziyuan No. 1 02E" va ser llançat amb èxit al Centre de Llançament de Satèl·lits de Taiyuan. El detector d'infrarojos d'ona llarga que s'hi porta a terme ha de funcionar en un ambient de baixa temperatura de menys de 193 graus centígrads. La imatge espectral de Gaofen-5 és més gran i requereix el doble de l'àrea de refrigeració de la nevera del tub d'impulsos.
Durant el procés de desenvolupament, els investigadors es van trobar amb dificultats sense precedents. "La vida útil del satèl·lit Zuanyu Nº 1 02E és de 10 anys, que és superior al requisit de vida anterior de 8 anys. Per tal de satisfer els requisits del projecte, vam proposar un pla per utilitzar el dispositiu de commutació per fer còpies de seguretat del compressor. En el cas d'augmentar el pes limitat, el gran millora considerablement la vida de la nevera." Liu Yanjie, el dissenyador en cap d'aquesta nevera de tubs de pols i investigador associat a l'Institut de Física i Química de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, va dir al China Science Journal.
"Durant el disseny del dit fred, la placa freda de gran àrea que utilitzem tenia un problema de deformació a causa de l'expansió tèrmica i la contracció, i el detector es va trencar fàcilment." El dissenyador de dits freds d'aquesta nevera de tubs de pols, Quan Jia, investigador associat de l'Institut de Física i Química de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, va recordar que després d'innombrables discussions i depuració, van fer un nou aparell material per a la placa freda i finalment van resoldre el problema.
Avui en dia, han desenvolupat refrigeradors de tubs de polsos aeroespacials de diverses formes i prestacions, dels quals 28 han estat llançats en òrbita.
Cada projecte està ple de reptes, i aquests reptes són la força impulsora darrere de l'equip de desenvolupament de refrigeradors de tubs d'impulsos.
"Estem desenvolupant una tecnologia de refrigeració espacial més avançada a baixa temperatura amb una capacitat de refrigeració de més de 100 watts, una temperatura propera al zero absolut i un pes tan baix com uns pocs centenars de grams". Liang Jingtao va dir que l'equip es basarà en el desenvolupament reeixit de la nevera del tub d'impulsos espacial. Seguir endavant amb l'esperit de "atrevir-se a desafiar i lluitar dur", assumir amb valentia la "responsabilitat nacional", i tirar endavant per satisfer les necessitats de refrigeració a baixa temperatura en espais futurs.
En el camí de desenvolupament de la tecnologia de refrigeració criogènic de grau aeroespacial, aquest "llarg termini" continua.
