中山大學熱控系統護航阿爾法磁譜儀2

“奮進”號整裝待發

　　當地時間5月16日上午，美國“奮進”號航天飛機攜帶著阿爾法磁譜儀2（AMS-02）發射升空，前往國際空間。在環境復雜的太空中，誰來保障AMS-02核心探測器的正常工作？由我國中山大學研發的熱控系統在其中起到了關鍵作用。

“沒有TTCS就沒有AMS-02”

　　應著名物理學家丁肇中邀請，中山大學于2004年初參加了AMS-02項目。

　　硅微條軌跡探測器是AMS-02的核心探測器。中山大學負責研制的硅微條軌跡探測器熱控制系統（TTCS），為硅微條探測器提供了高度穩定和均勻的溫度環境，是保證該探測器正常運作的熱控系統。

　　“沒有TTCS就沒有AMS-02。”AMS-02團隊如是評價TTCS的重要性。TTCS具有極為重要的技術意義，它是國際航天領域第一次采用機械泵驅動兩相液體的回路應用技術。

　　2010年11月19日，丁肇中在中山大學演講時認為：“中山大學在AMS-02實驗中作出了重要貢獻”。

　　TTCS將隨AMS-02一起在國際空間站工作10年以上，以確保該探測器實現其設計精度。

　　早在2008年7月23日，中山大學TTCS團隊負責人何振輝在AMS-02交流會上作了TTCS工程件測試結果工作匯報后，丁肇中給予了充分肯定，美國國家宇航局（NASA）項目經理Martin也認為該研究“令人印象深刻”。

　　2011年4月，TTCS在歐洲航空航天局參加了熱真空測試后，再次得到了丁肇中的高度贊揚：“TTCS意想不到的穩定，你們對此應該感到自豪。”

技術攻關難于“上青天”

　　AMS-02在太空上每轉一圈，溫度波動在上百攝氏度，在完全真空、熱量散不出去的情況下，如何有效地散熱、實現良好的溫度控制精度，滿足常規航天裝置的苛刻要求,這是兩相熱控系統TTCS的關鍵創新點和技術水平所在。

　　“系統要上太空，這是最關鍵和最難的。”中山大學工學院教授郭開華說，系統最初面臨兩個難題：一是控制硅微條的溫度；二是同時防止熱量散到超導磁鐵上。“超導磁鐵里面有液氦，需要接近0度才能運作。因此在控制硅微條溫度的同時，還要保證它的壽命。”

　　“AMS-02繞地球轉一圈是90分鐘，硅微條每一層溫度穩定性，即片之間的溫差不能超過1度。”中山大學化學與化學工程學院教授呂樹申介紹說。

　　“我們利用導熱性能好的材料，把每層硅微條的熱量散到周圍，周圍用鉛管二氧化碳搜集起來，把熱量擴散出去，嚴格控制溫度。”呂樹申說,“2010年1月歐洲海洋航天局地面試驗表明，TTCS溫度變化范圍小于0.1度，連丁肇中都難以置信。”

　　“兩相系統在一定壓力下，溫度非常穩定。所以我們的重點在控制它的壓力。”郭開華說。

　　在研究過程中，AMS-02決定用永久磁鐵取代超導磁鐵，但因超導磁鐵而誕生的TTCS，卻沒有隨之退出。相反，其超乎尋常的溫度穩定性贏得了硅微條探測器團隊的認可，TTCS被保留下來，并隨AMS-02一起升空。

　　據介紹，TTCS為了確保升空后的安全運行，采用了整體雙備份方案。一個系統有兩套備份，每套又有雙備份。在有限的空間、質量、電力情況下，力求多重保障，確保萬無一失。

　　中山大學科學家介紹，除了AMS-02系統之外，TTCS還能應用于其他領域，具有廣泛的社會效益。TTCS既可以運用于國家航空航天軍事領域，如登月、飛船等；同時惠澤民用設施，諸如機房節能、電子元件的冷卻等。

　　“這是研發之初就考慮到的問題。”郭開華說。目前，兩相熱控系統已列入國家“十二五”空間計劃。看來，TTCS不僅可以在天上飛，還可以在地上發揮更多作用。

　　新聞鏈接

　　5月16日，美國“奮進”號航天飛機從美國佛羅里達州肯尼迪航天中心發射升空，服役近20年的“奮進”號踏上了自己的“絕唱”之旅。

　　此次“奮進”號的主要任務是為國際空間站運送名為“阿爾法磁譜儀2（AMS-02）”的太空粒子探測器。AMS-02具備強大而特殊的磁場，根據帶電粒子進入磁場的軌跡變化，就可以推知這是何種粒子。因此AMS-02能夠發現暗物質和反物質。

　　AMS-02項目是繼人類基因組計劃、國際空間站計劃、強子對撞機計劃之后的又一大型國際科技合作項目。項目會聚了全球16個國家和地區的科學家，歷時17年，耗資20多億美元。磁譜儀的主要部件完工于歐洲和亞洲，中國科學家對項目的完成作出了十分重要的貢獻。

　　參與該項目的中國大陸科研團隊主要有8個，分別為中科院電工所、中國運載火箭技術研究院、山東大學、東南大學、中山大學、上海交通大學楊煜普小組、中科院高能所以及航空科學與技術國家實驗室；來自中國臺灣的團隊主要有“中央研究院”、中山科學院等。他們的貢獻各不相同，但都必不可少。