好品山東丨帶你瞧瞧“七入太空”的海爾航天冰箱
來源:新黃河客戶端 發(fā)布時間:2022-04-21 14:21:36
4月16日,神舟十三號三名航天員完成為期六個月的太空“出差”任務(wù)順利返航。伴隨著飛船圓滿降落,電視機前的青島海爾生物醫(yī)療股份有限公司副總經(jīng)理陳海濤懸著的心,也跟著放下。此次在太空中伴隨宇航員一起生活六個月之久的海爾食品冷藏箱、醫(yī)用冷儲箱這兩臺特殊的“航天冰箱”正是由他設(shè)計。
新黃河記者從海爾集團(tuán)獲悉,從2011年到2022年,從神舟八號到神舟十三號,海爾航天冰箱已“七入太空”,成為中國載人航天項目的“標(biāo)配”。這打破了國外長達(dá)30年的技術(shù)壟斷,中國也由此成為繼美國、俄羅斯之后第三個掌握航天冰箱核心技術(shù)的國家。
那么,航天冰箱與家用冰箱有何不同?有哪些“絕技”?“天地聯(lián)動”有哪些有意思的故事?航天冰箱是否跟著3名航天員一起返回了地球?聽聽陳海濤的答案吧。
新黃河:什么是航天冰箱?它與家用冰箱有何不同?
陳海濤:是為太空環(huán)境“特別定制”的冰箱。
顧名思義,航天冰箱是用于太空環(huán)境的低溫儲存設(shè)備,根據(jù)用途又分為醫(yī)用冷儲箱和食品冷藏箱。
醫(yī)用冷儲箱用來存儲空間醫(yī)學(xué)、生物試驗樣本,以開展在軌醫(yī)學(xué)和生物方面的科研,支撐人員在空間站長期駐留;食品冷藏箱用來存儲航天員在空間站每天的食物。
由于太空環(huán)境極其特殊,航天冰箱的性能、設(shè)計等也跟家用冰箱大有不同。在太空微重力的環(huán)境下,物品是飄浮狀態(tài),這就需要保持物品穩(wěn)定的同時又要方便取放。
新黃河:應(yīng)用場景的特殊性,給研發(fā)帶來了哪些難題?
陳海濤:輕、強、穩(wěn)、智、省,處處是坎。
一是“輕”。載人航天項目要求非常高,產(chǎn)品研發(fā)都要精確到克。為把航天冰箱做“輕”,我們通過制冷系統(tǒng)選擇、結(jié)構(gòu)緊湊性設(shè)計、保溫層厚度減半等把重量一克一克往下減,實現(xiàn)了箱體重量比項目要求的設(shè)計限值還低25%。
二是“強”?;鸺l(fā)射階段,神舟飛船會經(jīng)受振動、沖擊、噪聲等各種極限考驗,這要求航天冰箱具備更高強度結(jié)構(gòu),承受振動12g和沖擊500g的瞬間最大加速度,相當(dāng)于航天冰箱要承受自身重量500倍的瞬間沖擊,這一指標(biāo)超過了飛機零部件抗振動、抗沖擊的要求。
三是“穩(wěn)”。在發(fā)射階段是“超重”帶來的強度考驗,進(jìn)入太空中則是“失重”帶來的穩(wěn)定考驗。想象一下空間站里航天員們一打開冰箱,蘋果、酸奶到處飄,會帶來很大的麻煩,所以航天冰箱要既能固定物品,又能方便航天員取放。為此,我們試驗了金屬材料、彈簧結(jié)構(gòu)等多種材質(zhì)和方案,最后設(shè)計了一種防護(hù)網(wǎng),方便取放的同時還耐菌,航天員實際使用后反饋不錯。
四是“智”。航天員在軌的時候要管理很多設(shè)備,要處理的任務(wù)非常多。為給航天員“減負(fù)”,我們在航天冰箱上應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),冰箱可以連到內(nèi)部局域網(wǎng)上,航天員通過一個類似PAD的手持終端就能完成開關(guān)機、溫度設(shè)定等,這是國際空間站也沒有的方案。更厲害的是,航天冰箱離地球表面約400千米的距離,也可以和地面的國家航天中心聯(lián)網(wǎng),航天員休息的時候就由地面工作人員來照看這些設(shè)備。
五是“省”。航天設(shè)備在軌運行使用的電來自太陽能帆板,節(jié)能是航天冰箱研發(fā)的重要指標(biāo)。微重力環(huán)境下壓縮機制冷技術(shù)失靈,我們就探索應(yīng)用了航天熱電制冷系統(tǒng),把航天冰箱能耗做到普通節(jié)能燈的約1/3,比項目要求的還降低了25%。
新黃河:研發(fā)過程中有沒有印象深刻的故事?
陳海濤:技術(shù)難題、時間進(jìn)度都讓我對這個項目的敬畏一再加深。
第一個是震下來的門。前面說了火箭發(fā)射階段的振動和沖擊力是非常大的,所以我們在提報航天冰箱方案時,已經(jīng)提前做了結(jié)構(gòu)加強設(shè)計,包括門軸、門鎖結(jié)構(gòu),都是選用高強度的鋼材做的,而且做原理試驗?zāi)茏叩猛ǎY(jié)果在做環(huán)境適應(yīng)性測試時,直接就把冰箱門給震飛了。這讓我們重新認(rèn)識了航天冰箱要面對的特殊環(huán)境有多嚴(yán)苛,為了兼顧“輕”和“強”,我們在材料和結(jié)構(gòu)上做了很多嘗試,才把這個問題解決了。
第二個是靜電擊穿的時間點。那時離產(chǎn)品交付只剩一兩個月了,在一次摸底實驗時發(fā)生了靜電擊穿。我們當(dāng)時就想,一定要趕緊找出原因,不然耽誤整體項目進(jìn)度的責(zé)任和損失難以估算。那是春節(jié)期間,大家都沒回家,就在實驗室反復(fù)驗證,我們甚至在大年二十九去醫(yī)院給“元器件”掛了急診,為被打穿的元器件拍了X光片,依然沒有發(fā)現(xiàn)原因。在大家都有點絕望時,終于發(fā)現(xiàn)這并不是產(chǎn)品本身的問題,而是在實驗過程中,里面放了一個模擬負(fù)載的裝置,它和冰箱發(fā)生了靜電摩擦,造成了元器件的損傷。
所以近10年里,海爾航天冰箱“七入太空”,為保障每一次項目進(jìn)度,我們團(tuán)隊每一次都是高度緊張、全力以赴。
新黃河:航天冰箱項目為什么會選擇海爾?
陳海濤:用硬指標(biāo)說話,吸引更多中國企業(yè)共筑“航天夢”。
2006年啟動醫(yī)用冷儲箱項目時,面對國外航天技術(shù)的封鎖,中國航天向國內(nèi)頂尖的、做制冷類產(chǎn)品的公司提出需求,看有沒有好的方案,提需求時也沒設(shè)上限,只要求重量越低越好,效率越高越好。最后,海爾憑借硬指標(biāo)拿下了這個項目。
以前,航天產(chǎn)品很少有企業(yè)參與,因為對產(chǎn)品質(zhì)量要求很高,企業(yè)保證起來會有困難。海爾作為企業(yè)參與核心裝備的研制,不僅交付的產(chǎn)品性能超出了規(guī)定指標(biāo),而且第一次參與研制的設(shè)備就上天了,上天后還非常順利地完成任務(wù),并在后面每一次任務(wù)中都表現(xiàn)得非常可靠、非常穩(wěn)定,給他們留下了非常深刻的印象。
在這個基礎(chǔ)上,中國航天工程后來再做空間站食品冷藏箱時,直接選擇了海爾。
新黃河:海爾航天冰箱在全球技術(shù)水平如何?
陳海濤:有的產(chǎn)品指標(biāo)比國際空間站做得還要好!
我們剛接航天冰箱項目時,只知道有航天冰箱,但誰也沒見過,國外技術(shù)對中國封鎖,我們完全是從零開始。當(dāng)時特別深刻地感覺到,核心技術(shù)真的是買不來,還是要靠我們自己去創(chuàng)新,才能不被“卡脖子”。
除了前面提到的航天冰箱能實現(xiàn)艙內(nèi)聯(lián)網(wǎng)互動,我們的航天冰箱能耗指標(biāo)也更優(yōu)。醫(yī)用制冷設(shè)備是看“單位容積的能耗”這個指標(biāo)的,就是每單位容積每天運行的耗電量是多少,根據(jù)公開信息,和國際空間站上的同類產(chǎn)品相比,在這個指標(biāo)上我們做得更好。
新黃河:天地聯(lián)動有什么有意思的事?
陳海濤:吸塵器在太空也有妙用。
雖然航天冰箱離地球表面約400千米,但可以和地面實時聯(lián)動。來自太空的每一次反饋,都有地面人員的及時響應(yīng)。
比如前一段時間,航天員反饋冰箱溫度有點高,我們在地面上考慮了各種可能,也和航天員天地聯(lián)動配合做了很多分析,最終發(fā)現(xiàn)問題出在過濾器上,它吸附灰塵會導(dǎo)致溫度升高。這個問題我們在設(shè)計時就考慮過了,知道航天員在空間站里有吸塵器,就建議他們用吸塵器吸一吸過濾器,溫度接著就降下來了。所以說,他們在軌飛行時,我們時時刻刻都在關(guān)注,他們能夠順利完成任務(wù)返回,也是我們最大的心愿。
新黃河:航天冰箱跟著返回艙一起回來了嗎?
陳海濤:沒有,帶回來的是低溫存儲裝置和生物樣本。
在返回過程中,為保證航天員的安全,要嚴(yán)格控制返回艙的重量。為此,醫(yī)用冷儲箱在完成任務(wù)后,就被留在神舟飛船里,進(jìn)入大氣層時被銷毀,而重要的生物樣本則會被轉(zhuǎn)移到低溫存儲裝置中,跟隨航天員通過返回艙回到地面,再被及時送檢。食品冷藏箱則繼續(xù)留在天和核心艙執(zhí)行任務(wù)。
新黃河記者:黃敏
責(zé)任編輯:封曉健