助“梦天” 探苍穹——510所产品为“梦天”保驾护航

510所试验队。

　　新甘肃·甘肃日报记者 张燕茹

　　2022年10月31日，空间站“梦天”实验舱在中国文昌航天发射场发射升空，后续将与天和核心舱成功对接，并与天和核心舱、问天实验舱三舱形成“T”字构型，这也标志着我国空间站建造全面完成，国家太空实验室正式建成。

　　此次“梦天”启程太空，中国航天科技集团有限公司五院510所再次聚力，配套的产品除了大家熟知的音频单元、照明装置等产品外，还搭载着三台重要的科学装置：空间高效自由活塞斯特林热电转换装置、X射线透射成像系统、高温炉及批量样品管理系统。这些产品乘坐“梦天”再次驶向太空，展示了510所在空间科学技术领域的雄厚实力，彰显了510所勇攀科学高峰的责任担当。

空间高效自由活塞斯特林热电转换装置。

　　探索空间高效电源新技术：空间高效自由活塞斯特林热电转换装置

　　“空间高效自由活塞斯特林热电转换装置作为‘梦天’实验舱舱内的验证项目之一，安装在航天基础试验机柜内。作为独立系统试验模块，是目前国内最先进的空间能源转换装置。”510所高级工程师张安介绍。

　　斯特林热电转换装置可将放射性同位素热能转换为电能，属于“动态”空间同位素电源系统中最先进的技术，具有高效率、高比功率等显著特点。

　　目前，国际上尚未开展斯特林热电转换技术的空间应用。此次“梦天”空间科学试验的目的是进一步验证在空间环境下该项技术的适应性及可靠性，获得该技术在轨飞行应用数据，进而结合在轨飞行试验数据优化工程样机，加快飞行样机的研制，为我国空间先进电源技术的发展提供技术支持，为未来“深空探测”计划提供技术储备。

　　作为未来空间任务的高效“能源供应系统”，斯特林热电转换装置的核心技术之一是维持其内部两个活塞的高频往复运动。

　　“该项目中，510所创新设计了‘模块化’的集成结构，可实现高温高频工况下双自由活塞的精确控制，从而将热能高效转换为电能。”张安说，在项目周期只有1年的情况下，510所科研人员深耕细作，打破国外对该技术的封锁，先后攻克了活塞高温高频运动间隙密封、双机对置与控制、多目标参数耦合及保持等8项关键技术。整机在地面测试中其热电转换效率为24.4%，性能达到国际先进水平。

系统装柜照片。

　　X射线透射成像系统：“中国智造”跨越式的突破

　　此次“梦天”任务，510所科研人员成功研制了X射线透射成像系统（以下简称X射线系统），巧妙地利用X射线透射成像这一目前最先进的观测方法。

　　“该方法实现了在空间环境中对材料实验过程进行‘在线’实时观察，可获得空间材料样品制备过程中的固/液界面形态、界面输运效应等实时科学数据，对于认知材料物理与化学过程的本征规律，指导和推动地基材料制备工艺和战略性新兴产业发展，服务于高技术进步和国民经济建设都具有重要意义。” 510所高级工程师孙晋川介绍。

　　X射线系统作为空间站材料实时观察实验主载荷，也是世界第一台在载人航天器中使用X射线透射成像原理进行实验的科学装置。在载人航天器环境中，核心焦点是对航天员的保护，因此如何在资源与空间受限的情况下实现X射线的完全屏蔽，同时还能承受随火箭上行时的力学环境的考验，是摆在科研人员面前的首要难题，也是保证“梦天”舱安全性的重中之重。

　　“为此，510所科研人员集智群策，勇趟科研‘深水区’，在大量分析与试验总结下，设计的综合屏蔽结构，既保证了装置在火箭上行时的力学可靠性，也确保了航天员的在轨安全。”孙晋川说。

　　同时510所成功研制了空间成像结构，可满足绝大多种类材料的实验需求，也使X射线系统成功实现了从专用设备到通用设备的转变。

　　科研人员还攻克了加热区高温情况下核心部件有效防护、在轨人机更换操作等多项关键技术，提高了核心功能部组件的可靠性，大大提升了设备的寿命。

　　X射线系统作为太空中唯一的X射线透射成像空间实验设备，是具有历史意义的科学装置，为材料界提供了多种类型材料科学实验的必要条件，目前已接受国内外多家研究机构的材料实验申请。

高温炉及批量样品管理系统。

　　神话“八卦炉”的具象：高温炉及批量样品管理系统

　　在“梦天”实验舱内，510所研制的“天宫八卦炉”——高温炉及批量样品管理系统（以下简称高温炉）将神秘、奇幻的中国神话转化为现实。

　　“作为‘梦天’高温材料溶固实验主载荷，高温炉系统是具有‘多温场联动、多功能制备、全自动压控’等特点的全新综合型空间材料试验设备，其内部有诸多‘黑科技’。”孙晋川介绍，精密传动单元可为系统提供14种试验工况配置，使我国空间材料设备首次具备温场“区熔”功能，实现了“天上炼丹”技术的终极奥义；全新的材料制备方法，改变了我国同类设备工况少、功能单一的状况，打破了国外技术垄断；综合热控单元给设备建立了温度梯度，实现了材料制备温度的高稳定性，让航天员们在亲自操作时“手感温度刚刚好”。

　　在510所科研团队7年的辛勤努力下，高温炉系统的性能与技术指标达到了国际领先水平，受到了多国空间高温材料科研人员的追捧，为我国乃至世界空间高温材料科学研究提供了平台与保障。

　　作为中国空间站中名副其实的光影“魔术手”，510所研制的舱外云台灯不仅为航天员长期在轨驻留及开展舱外维修、科研活动提供良好的照明，也将为航天员的出舱活动和拍摄“太空大片”提供美轮美奂的光影效果。510所为“梦天”实验舱研制配套的各分系统软件产品作为太空实验的可靠力量，也将为“梦天”执行太空任务提供全天候、全方位的保障护航……

　　近年来，在中国航天事业的发展过程中， 510所不断发挥技术优势，脚踏实地，团结协作，集全所科研力量进行科技创新，为我国航天事业的空间站建设作出重要贡献。