這些科學裝置踏上“夢天之旅”

頡滿斌

10月31日，空間站夢天實驗艙在中國文昌航天發射場發射升空。此次夢天啟程太空，搭載著三臺由中國航天科技集團有限公司五院510所（以下簡稱510所）研發的重要科學裝置：空間高效自由活塞斯特林熱電轉換裝置、X射線透射成像系統和高溫爐及批量樣品管理系統。這些凝結著科研人員智慧與心血的產品，駛向了太空深處。

空間高效自由活塞斯特林熱電轉換裝置作為夢天實驗艙艙內的驗證項目之一，安裝在航天基礎試驗機柜內。作為獨立系統試驗模塊，是目前國內最先進的空間能源轉換裝置。

負責該裝置的高級工程師張安介紹，斯特林熱電轉換裝置可將放射性同位素熱能轉換為電能，屬于“動態”空間同位素電源系統中最先進的技術，相較于傳統的“靜態”同位素溫差轉換電源技術，具有高效率、高比功率等顯著特點。目前，國際上尚未開展斯特林熱電轉換技術的空間應用。

張安說，此次空間科學試驗的目的是進一步驗證在空間環境下該項技術的適應性及可靠性，獲得該技術在軌飛行應用數據，進而結合在軌飛行試驗數據優化工程樣機，加快飛行樣機的研制，為我國空間先進電源技術的發展提供技術支持，為未來“深空探測”計劃提供技術儲備。

此次任務，510所科研人員成功研制了X射線透射成像系統（以下簡稱X射線系統），巧妙地利用X射線透射成像這一目前最先進的觀測方法，實現了在空間環境中對材料實驗過程進行“在線”實時觀察，可獲得空間材料樣品制備過程中的固/液界面形態、界面輸運效應等實時科學數據，對于認知材料物理與化學過程的本征規律，指導和推動地基材料制備工藝和戰略性新興產業發展具有重要意義。

負責該裝置的高級工程師孫晉川介紹，X射線系統作為空間站材料實時觀察實驗主載荷，也是“世界第一”臺在載人航天器中使用X射線透射成像原理進行實驗的科學裝置。

他說：“在載人航天器環境中，最核心的焦點是對航天員的保護，因此如何在資源與空間受限的情況下實現X射線的完全屏蔽，同時還能承受隨火箭上行時的力學環境的考驗，是擺在科研人員面前的首要難題，也是保證夢天艙安全性的重中之重。”

科研人員集智群策，勇趟科研“深水區”，在大量的分析與試驗總結下，設計的綜合屏蔽結構，既保證了裝置在火箭上行時的力學可靠性，也確保了航天員的在軌安全。同時成功研制了空間成像結構，使裝置的最高分辨率可達3μm，最大視場達30mm×20mm，最大穿透厚度為6mm，滿足絕大多種（類）材料的實驗需求，也使X射線系統成功實現了從專用設備到通用設備的轉變。

在夢天實驗艙內，510所研制的“天宮八卦爐”——高溫爐及批量樣品管理系統（以下簡稱高溫爐）將神秘、奇幻的中國神話轉化為現實。作為實驗艙高溫材料溶固實驗主載荷，高溫爐系統是具有“多溫場聯動、多功能制備、全自動壓控”等特點的全新綜合型空間材料試驗設備，其內部有諸多“黑科技”，精密傳動單元可為系統提供14種試驗工況配置，使我國空間材料設備首次具備溫場“區熔”功能；全新的材料制備方法，改變了我國同類設備工況少、功能單一的狀況，打破了國外技術壟斷；綜合熱控單元給設備建立了溫度梯度，實現了材料制備溫度的高穩定性，讓航天員們在親自操作時“手感溫度剛剛好”。