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百年山大积淀塑造AMS“英雄团队”

发布日期:2011年09月18日 19:25  点击次数:

    [本站讯]8月9日,美国宇航局表彰对太空计划做出重要贡献和取得杰出成就的组织和个人。中国科学家、山东大学空间热科学研究中心主任程林因在国际重大科学计划阿尔法磁谱仪(AMS)项目中做出杰出贡献,获得美国宇航局的特别嘉奖,该局将一块在太空中随“奋进号”航天飞机飞行了16天的AMS标识和有6位宇航员亲笔签名的证书颁发给程林教授。
山大为AMS做了一件完美的“保暖衣”
     一件洁白的半袖衬衫,花白的头发,一副近视眼镜,脸上始终挂着微笑,话语间还不时透出幽默,49岁的程林温文尔雅。8月11日上午,在他工作的山东大学空间热科学研究中心,程林接受了本报记者的采访。
     采访的话题还是关于AMS上的热系统。这个话题让程林的思绪又一下子回到了今年的5月16日。
     北京时间的5月16日20时56分,被视为上世纪末和本世纪初世界上最重要的科学工程之一的阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer,以下简称AMS),搭乘“奋进号”航天飞机的最后一个航班,从位于美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心顺利升空,驶往国际空间站。
     未来10年或更长的时间里,AMS将是国际空间站上唯一的大型科学实验,它的使命是在太空寻找反物质组成的宇宙、寻找暗物质的来源。
     此时,作为AMS热控制系统的首席科学家,程林就坐在肯尼迪航天中心控制室内,怀着激动的心情目睹了“奋进号”航天飞机升空的一刻。
     程林没有理由不激动。AMS上的热控制系统就是他带领山东大学的科研团队全面负责研究与设计的。
     AMS热系统涉及热能工程、机械制造、材料科学、电子信息等多个领域,没有任何成功的经验和先例可以借鉴。
     为了研发热系统,程林和他的团队从2004年起在山东大学与位于日内瓦的欧核中心实验室之间穿梭了7年。经过7年的潜心研究,在AMS项目所有参与机构中第一个完成了任务,成功解决了人类历史上首次带电磁铁在太空运行中的温度控制这一关键科学问题。
     程林介绍,由山东大学研究与设计的热控制系统由两部分组成,一是散热系统,温度高时可使热量尽可能散发出去;二是加热系统,当环境温度过低的时候,能够加热,起到保温的作用。
     “简单地说,我们的工作就是给AMS做一个‘保暖衣’,给它创造一个适宜的温度环境,以保证探测器在运行中不能忽冷忽热,使它不会感冒不会生病,不会因此停止工作。”程林的语言既贴切又诙谐。
山东鼎力支持AMS热系统研制
     AMS是一项伟大的科学工程,它汇集了美国、中国、俄罗斯、意大利、瑞士、德国等16个国家和地区的60个著名大学和研究机构的600余位科学家共同工作,历时近20年,耗资21亿美元。
     “AMS热系统之所以能研究成功,和国家科技部、山东省政府、省科技厅、省财政厅等政府职能部门的重要支持是分不开的。”谈到中国对AMS的贡献,程林如是说。
     山东省高度重视并支持科学家参与AMS研究。自2004年起,山东省科技厅连续利用山东省自主创新成果转化重大专项、山东省科技支撑计划等各类计划,大力支持程林教授负责的AMS热系统项目,累计投入科研经费3300万元,同时帮助程林团队从国家科技部争取了科研经费逾3000万元。在山东省的努力下,程林教授被聘为国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“高耗能行业典型换热设备节能的先进理论与方法”首席科学家,获得经费支持2600万元,并获得国际科技合作计划支持700万元。“AMS既是一项伟大的科学研究,又是一个不断产生新发明、新技术的工程平台。我们遇到的几乎完全都是困难和挑战,因为这件事情所有的人都没有做过,每前进一步,都意味着付出巨大的努力和探索。但通过参与AMS项目,中国科学界也增长了经验,提高了水平,锻炼了队伍,为今后在相关领域进一步发展奠定了基础。”程林这样告诉记者。
     记者了解到,在研究过程中,山东大学热系统项目组开发出10余项具有自主知识产权的技术。其中,高精度热控制技术、环路热管技术和大功率热机械泵,不仅具有世界领先水平,也孕育着巨大的产业化潜力。比如,环路热管应用于大规模集成电路、深冷、航空航天等领域,但热管技术目前基本被美国等极少数国家垄断,我国既缺乏真正有效的自主知识产权,又受到严格的技术封锁与限制。山东大学研制的新型环路热管具有独特的旁路阀及主副毛细芯结构,实现了35瓦至600瓦热量之间大范围负荷的高效运转,并能在零下20摄氏度环境中正常工作,是当今世界环路热管的最高技术水平。
一个没有英雄的“英雄团队”
     “山东大学此次参与AMS项目,不仅解决了人类历史上首次带电磁铁太空运行的关键科学问题,为国际空间站上唯一的科学实验建设做出了巨大贡献,还为山东省培养了一批该领域的高层次创新人才。”据程林教授介绍,从2004年4月到2010年4月,山东大学先后有20余位学者和博士研究生长期在欧洲核子中心工作,山东大学AMS团队在AMS项目所有参与机构中第一个完成任务,为中国争得了荣誉。6年里,有12位博士研究生在这里完成了博士论文,6位青年教师在这里开始了学术生涯。
     程林是山东大学热科学创新团队的带头人。热科学团队是山东大学于2004年最初组建的14个创新团队之一,以此为基础设立了校直属科研机构山东大学热科学与工程研究中心。多年来,该团队以国际合作重大项目和国家重大基础研究项目为依托,以国际科学前沿与国家需求为目标,汇集了不同专业背景的人才,在强化传热与换热器设计方面居国内领先水平。2008年,热科学创新团队被山东省人民政府授予山东省首批优秀创新团队称号,并荣记集体一等功。
     再有一个多月,山东大学将迎来她110年华诞。程林说:“山大百年的文化积淀给了我们一种精神、一种气质、一种信念。这些宝贵的精神财富使得热科学中心团队成了一个没有英雄的英雄团队。”
     对于程林团队所付出的努力,AMS项目牵头者、诺贝尔物理学奖获得者丁肇中教授给予了高度评价。
     200916,他在写给山东省委书记姜异康的一封信中曾这样说:“在程林教授领导下的山东大学AMS团队,对本项目做出了重要贡献。他们完成了热系统的整体设计,并对实验的成功起到决定性作用。”
     程林告诉记者,去年11月,山东大学与美国麻省理工学院签署了协议,成为AMS三个全球中心之一,在未来10年的时间,山东大学AMS中心将通过对国际空间传输的海量数据进行存储和相关分析,实时监控AMS热控制系统随国际空间站轨道、运行状态、太阳照度、星体反射常数和地球温度变化环境下的工作状况,从而保证AMS各探测器及设备的正常运行。在未来的日子里,程林等中国科学家将继续为国际空间探索做出自己的贡献。
     小资料:国际重大科学计划阿尔法磁谱仪(AMS)项目
     AMS由来自16个国家和地区的600位科学家和工程师一起工作,其科学使命是在宇宙中探测反物质和暗物质的存在,以及宇宙起源等。AMS可以从数十亿个事件中识别一个反粒子,以前所未有的准确度来探测宇宙射线光谱的组成。这样,AMS将能对反物质的消失或者存在给出合理的解释或证明。事实上,发现一个反氦核就能为在宇宙中存在大量的反物质提供证据。这些物质是在宇宙大爆炸发生后产生的,它们的发现将成为对当今宇宙认知的真正突破。
     山东大学于2004年参加AMS项目,程林教授在其中担任热系统首席科学家,全面负责热系统的研究与设计。在AMS研究过程中,山东大学AMS团队在程林教授带领下,提出了大型科学仪器太空运行的散热蓄热协同原理、周期性冷热交替的最小温差原理和不稳定分散热源的最优传热方法,解决了粒子探测仪在国际空间站运行的关键科学问题;提出了不同结构形式的散热元件,保证了系统的高效散热以及温度场的均匀性和稳定性;提出了利用热管既作为散热元件又作为局部支撑元件的思路并构建了一种新的特殊结构的热管,设计完成了主散热板,全面完成了热控制系统的热分析及其热控元件的相关设计。 

【供稿单位:科技日报2011年8月21日    作者:魏东    编辑:新闻中心总编室    责任编辑:亭亭 竹青  】

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