作者:陈欢欢 来源: 中国科学报 发布时间:2022-11-1
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梦天燃烧科学实验柜设计师:
送柜上天就像“嫁女儿”

 

郑会龙在调试设备。 受访者供图

■本报记者 陈欢欢

随着梦天实验舱发射升空,中国科学家将在太空中点燃一把火。这把火来自太空实验室的新成员——燃烧科学实验系统。

国际空间站曾经展示过低温燃烧的“冷焰”、形态完美的球状火焰等,令人印象深刻。据中国载人航天工程燃烧科学实验系统主任设计师、中科院工程热物理研究所研究员郑会龙透露,中国空间站肯定也会有这种令人惊叹的实验,可能还会展示更加奇妙的燃烧现象,帮助人类深层次理解燃烧机理。

而为了点燃这把火,中国科研团队也千锤百炼、淬火成钢。

前行!前行!前行!

燃烧是国际空间站的经典实验之一。数据显示,自2017年以来,国际空间站已经点燃1500多次火焰。

清华大学副教授刘有晟告诉《中国科学报》,国际空间站上实现的完美火焰,其实是火焰在微重力下形成了理想流场。

在中国空间站的首批燃烧科学项目中,最有代表性的项目正是燃烧速度场观测实验。利用粒子图像测速(PIV)系统,中国空间站燃烧科学实验系统将对火焰内部进行流动测量和结构研究。

“相当于向空中撒播一堆粒子,然后用高速相机拍下每个粒子的运动轨迹,从而表征气流的运动过程。”郑会龙表示,在地面,一刮风灰尘就会满天飞,释放一颗液滴,它就会自由落体。但在太空中,粉尘和液滴如何精准释放成为难题,研究团队想了很多办法来让科学家做出“完美”的实验,未来还将开展多液滴、液滴阵列的实验。

此外,利用火焰合成纳米功能材料属国际首次,这将会对催化剂研发、药物合成、半导体材料开发等产生影响。

梦天实验舱燃烧科学实验系统将从气体、液体、固体3个角度研究燃烧,参研单位超过60家。刘有晟是气体实验插件的主要设计人,他来自宝岛台湾,在美国读博期间参与了国际空间站的微重力先进燃烧实验项目,经验较为丰富,2016年回国加入中国空间站燃烧科学实验系统研制工作中。虽然此前没有在大陆工作学习的经历,但刘有晟说,对于自己的专业发展来说,回国是最好的选择。

燃烧作为最早被人类发现利用的物理现象之一,直到现在仍有很大的研究空间。国际空间站的燃烧实验也一直处于“供不应求”的状态。在联合国征集的首批国际项目中,就有一个中日合作的燃烧实验未来将登陆梦天实验舱。双方联合设计了一个燃烧器,用以研究涡流对火焰的影响,对航天器的动力推进系统设计将有指导意义。

“未来十几年内,随着科学实验柜的升级,希望我们可以不断产出丰硕的科学成果,为提高航空发动机性能、指导污染物控制、实现‘双碳’目标等作出更大贡献。”郑会龙说。

刚接手项目时,郑会龙意气风发,用诗句抒发胸臆:燃烧伴着星光漫漫,助力中国航天科技,前行!前行!前行!

站在保福寺桥

空间站里的每一台科学实验柜,放到地面都是一间标准实验室,将其搬到天上不仅要“浓缩”,还要考虑自动化和绝对安全,其难度可想而知。这对一支平均年龄只有30岁的团队来说是一次考验。

一次,燃烧室的光窗在加压实验中屡屡发生碎裂。眼见着花大力气攻关研制出的8块玻璃碎了5块,郑会龙感觉自己心也碎了。

“难道是基础设计出错了?还是选材选错了?”他们通过多种技术手段进行验证,最后发现,玻璃强度没有问题,而是玻璃外围的密封结构在高压下的形变量与玻璃不同,因此“挤”碎了玻璃,对其进行改造之后再也没出过问题。

“那个时候压力很大,感觉一个星期老了很多。”郑会龙回忆说。

类似教训还有很多很多……

燃烧科学实验系统最终能够按节点完成,郑会龙认为,主要得益于整个团队的共同坚守。从2021年春节之后,他们没有休息过一天。大家说,只要正样机没有交付就不休息。

一次,郑会龙看了“中国天眼”总工程师南仁东的纪录片后感动得不行,便组织大家一起看。他想告诉团队,只有拧成一股绳,才能承担起艰巨的任务。“个人利益事小,国家荣誉事大,再大的困难也得熬过去!”

带着一群刚工作的年轻人,起步时郑会龙手把手教他们画设计图,连一个螺钉的布局都要亲自推敲。好几个年轻人告诉《中国科学报》,最佩服郑会龙精力充沛,现场调试时一宿一宿不休息,大家干到几点,他陪到几点;外地出差时,一天能飞4座城市。

一天之内坐4趟飞机出差,这是郑会龙的个人纪录。因为有保密要求,很多事情只能面谈。他早上搭乘最早一班飞机从北京到上海,在虹桥机场和人谈完事再去成都,接着飞兰州,跟所有合作伙伴约在机场见面,晚上再乘最晚的航班回京,到家时已过了0点,白天正常上班。

实验室副主任、“大管家”杨肖芳也是如此,天天泡在实验室。两个孩子年纪虽然小却很懂事,周末不要求去公园玩,而是陪着妈妈在办公室加班。在她看来,将自己的经验传授给年轻人,让他们尽量少走点弯路,很有成就感。

一天傍晚回实验室时,郑会龙走在保福寺桥。看着车水马龙、华灯初上的北四环,他有感而发,赋诗一首:9楼的灯又通宵未合,尽管孩子家里也喊着妈妈,他们和她们有多少割舍,却在这里为着共同目标辛苦着。

此时他的心境和项目初期大有不同,在诗中自嘲“小哥不足几年变成了老哥”。“感慨人生几何,老当益壮又如何?感慨青春几何,前行彷徨又如何?明吾志,壮前行,恰要这个对酒当歌!”

送“女”

参与中国空间站的建设,是荣誉,更是付出。团队起步时进行招聘,有人一听要做这么难的项目,便不来了。留下这些迎难而上的人,不知不觉成长起来,成为一支能完成国家重大任务的队伍,而他们中的绝大多数人都是“90后”。

1996年出生的张晓武是郑会龙在实验柜项目中带的第一个研究生,从入门到成为团队顶梁柱,他只用了不到3年时间。今年硕士毕业的他已经入职研究所,继续负责燃烧科学实验系统相关工作。

“一名硕士生能在国家型号任务中得到历练,一毕业就成为领域内的高手,对此我还是很自豪的!”郑会龙肯定了张晓武身上那种愿意花很大精力去得100分的“强迫症精神”,因为这就是航天精神。他认为,工程类研究生不仅要会做仿真、写论文,更要会解决一线的实际问题。

张晓武每年有七八个月时间待在工厂里,同工人师傅越混越熟,从原材料开始跟产,保证零件设备加工按时完成。他也认为,自己受益最大的,就是通过工程实践,将学校知识领悟得更透彻,学过的东西最终形成了闭环。

“这里面学问真的特别多。”张晓武告诉《中国科学报》,空间科学实验系统极其复杂,一点微小的误差都能造成产品回厂返工,甚至迭代好几轮,“但工程不等人,不能由着我再试试、再等等,不会给我这个时间,到节点必须完成”。

写毕业论文时正好赶上一个大的工程节点,他白天干活,晚上写论文,每天只睡三四个小时。“内心很难抉择,两边都放不下,只能牺牲自己。但这也没什么,我们团队里的人都是这样。”张晓武说。

去年春节正逢鉴定件攻关阶段,大家忙得分不清日子,只是在实验室一起吃了饺子。今年则“幸运”得多,大年三十凌晨2点26分,他们结束总装测试,燃烧科学实验系统所有零部件均为正样状态。回去睡了两个小时后,他们又回到现场进行最后的联试,确保整个系统没有丝毫问题。晚上在实验室吃完年夜饭,大家相视一笑:终于可以睡个安稳觉。

今年5月6日,燃烧科学实验柜完成全部测试,正式交付文昌发射基地。那天,郑会龙突然有种“嫁女儿”的感觉:“这一走就再也见不着、摸不到了,今后再见面就是通过视频,只能接收数据、分析数据。”

他又写了一首小诗《送“女”》:今晚我将送走你,我的女儿,嫁到太空之乡,嫁到星空茫茫。日日夜夜的呵护是唯一的嫁妆。愿你平安,久长。女儿啊,请远航!

《中国科学报》 (2022-11-01 第1版 要闻)
 
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