能在“家门口”做太空实验的哈工大“地面空间站”
重大仪器设备无法搬上太空怎么办?科研人员无法到空间站做实验怎么办?……能不能在地球上建一个模拟月球、火星等真实宇宙空间的基础科学研究平台?如今,这些问题在哈工大都有了答案——
2月27日,哈工大联合中国航天科技集团建设的我国航天领域首个国家重大科技基础设施“空间环境地面模拟装置”(也被称为“地面空间站”)正式通过国家验收,项目总体建设指标处于国际先进水平,部分关键技术指标处于国际领先水平。
“依托在轨运行的空间站和‘地面空间站’,可以构建起天地一体化空间环境与物质作用研究体系,为航天发展和空间探索提供保障。”该装置常务副总设计师、常务副总指挥、哈工大空间环境与物质科学研究院院长李立毅说,“这个研究平台可以为全国、全世界的科学家提供前沿的科研环境和条件,围绕相关领域开展更多探索研究。”
从无到有,从0到1,有多难?
18年磨一剑,用120%的精力,创造一个奇迹
从一片荒芜的农田和鱼塘,到一座拔地而起的“地面空间站”,经历了整整18年。
“第一次来这里,都找不到地方,一片荒凉和泥泞,无从下脚。”研究院办公室主任王晨作为装置建设的基建负责人,见证了“地面空间站”建设从无到有的点点滴滴,“每次翻阅从前的照片,回想那些摸爬滚打的日子,看到一片荒地变成现代化园区,特别感慨,也特别有成就感。”
科学研究和工程建设的双重特性,使得项目技术难度大、周期长、风险高,最大的困难是几乎没有经验可以借鉴。“没有经验,就摸着石头过河……”团队成员风轻云淡地说。
从2005年开始组建团队进行调研分析到2015年通过国家发展改革委立项审批,从2017年开工建设到2023年通过工艺系统专项验收……团队也从筹建之初十几人增加到百余人,覆盖物理、材料、机电、电气、化工、航天、生命等多个学科。
“团队需要从零起步,设计、加工、安装、调试运行、数据分析,每个环节都要投入120%的精力。”从2011年开始投身装置论证与建设的粒子加速器技术研究室主任刘剑利说,“大型加速器装置是重要的基础研究平台,规模庞大、技术复杂、困难重重,但是能有机会参与国之重器的建设,对我来说是一种幸运。”
为了让实验数据更准一点,科研人员长期坚持在凌晨做实验,因为那时候电网功率最低、影响最小;设备进场赶上暴雪天,团队成员在零下30多度的极寒天气中徒手搬运设备……
“为了测出最理想的指标,连续一个月每天五六个小时‘隔绝’在近零磁环境中做实验,有时甚至需要通宵达旦,但是大家都乐在其中,无怨无悔。”空间磁环境模拟与研究系统主任设计师潘东华说。2013年读博期间加入建设团队,从“初生牛犊不怕虎”挑战世界极限到真的“把天方夜谭变成现实”,他说最感动的就是团队的力量,因为这支团队让他感受到多学科交叉的魅力和“规格严格,功夫到家”的校训精神。
“个人爱好能与国家需求联系在一起,是非常幸运的,国家需求就是我们攻关的方向。”这是团队成员的一致心声。
在“家门口”就能研究月球和火星?
太空实验再也不会“难于登天”
“地面空间站”由空间综合环境模拟、空间磁环境模拟、空间等离子体环境模拟等8大系统构成,可以模拟真空、高低温、粒子辐照、电磁辐射、磁场、中性气体、等离子体、碎片粉尘、微重力等9大类太阳系常见的空间环境因素和效应。
装置聚焦航天领域重大基础性科学问题,为我国航天器在轨安全服役以及宇航员长期太空驻留等提供世界领先的研究平台,服务我国载人航天、空间站建设、深空探测和商业航天发展……
建设过程中,团队坚持自主创新,突破了一系列关键技术,承担科研项目200余项,发表学术论文近400篇,授权发明专利200余项,各系统已全部投入试运行和开放共享,服务国内外多家用户单位,支撑我国多款宇航电子元器件的研发和一系列国家重大航天任务的实施,取得多项标志性成果,为国家重大战略需求作出重要贡献。
有了“地面空间站”,过去需要抵达太空才能做的实验,科学家们在“家门口”就可以完成。未来,航天员还可以在这里体验和适应月球、火星等星球的表面环境。
“既然选择了,就要努力做好、做出成果,这是我们始终坚持的信念。”微观机理分析分系统主管设计师赵瑜说。从项目批复之初加入团队,一路走来,他边学边做,不仅在装置建设与国家级平台筹建中发挥重要作用,还基于装置参与了多项国家任务,“希望下一步能够用好装置,聚焦空间科学和航天领域,做出更多前沿的成果,让平台发挥更大的作用。”
震撼登场!“大块头”有“大智慧”
包罗万象的“庞然大物”让你眼花缭乱
带着对“地面空间站”的好奇,记者走进哈尔滨新区科技创新城装置建设现场一探究竟。
在50个足球场大的建设园区,分布着“一大三小”4栋实验楼,“一大”即空间综合环境实验楼,“三小”即空间磁环境科学实验楼、空间等离子体科学实验楼和动物培养室。
走进空间综合环境实验楼,系统级综合辐照试验舱、月尘舱、火星尘舱、高速粉尘舱等“庞然大物”巍然挺立。
空间综合环境模拟与研究系统,由综合环境模拟、离子加速器、器件辐照、微观机理分析、空间生命科学5个分系统组成,能够模拟太阳系典型空间环境因素。
走进空间磁环境科学实验楼,空间磁环境模拟与研究系统实现了接近零磁的空间环境,为航天器发射前的磁特性测试提供了地面实验条件。
在空间等离子体科学实验楼,两个直径5米、相当于三层楼高的大型真空模拟舱映入眼帘——可以分别模拟研究距离地表20公里以外到太阳之间的近地和临近空间环境,在国际上首次实现三维地球磁层空间等离子体环境模拟。
如今,“地面空间站”已成为亮丽的名片,不仅带动了科技交流,还像一个巨大的磁场,汇聚了一批高端人才——他们有的从海外归来,有的从南方北上,有的毕业留校,为了同一个梦想——打造国之重器、科研利器,服务航天强国建设,助力龙江高质量发展,十几年如一日默默耕耘,终于梦想成真。
“李院长经常说,没有情怀就干不了大科学,我们必须牢记扎根东北、艰苦奋斗,才能对得起国家和学校的信任。”2015年加入建设团队的院长助理、空间生命科学分系统主任设计师李亮说。从科研到工程再到管理,他全流程跨领域参与了装置的建设,“每个人都是既当科学家又当工人”,他说,装置已经建好,下一步就是要在一流的平台上做出一流的成果,为国家交上卓越的哈工大答卷。
勇担航天第一校“尖兵”重任,打造哈工大新百年国之重器,“大科学人”将以奋斗者的姿态,继续向着科学技术的广度和深度进军,在强国建设的新征程上砥砺前行。
(记者手记)18年坚守背后的梦想与情怀
18年,有人从风华正茂走到华发渐生,有人从青涩学子变成谆谆师者……变的是岁月、是风景,不变的是对梦想的追求、对情怀的坚守。这,是大科学人的梦想与情怀。
每一次走进建设现场采访,我都无法想象那片曾经的荒地,真的会变成炫酷而震撼的“地球上的空间站”;无法想象那些风尘仆仆在工地上穿梭甚至爬梯子、拧螺丝的“工人”,原来是研究科技前沿的科学家……
从0到1,从一张白纸到蓝图绘就,其实很多人在投身大科学伊始,面对的是一张未知答案的考卷。还记得项目施工现场大风吹起的沙尘、雨后跋涉一脚的泥泞,还记得暴雪后设备进场安装仪式上的瑟瑟发抖、专项验收会上项目汇报结束后的哽咽……“太不容易了!”所有人都这样说,但只有亲身经历过,才知道“不容易”三个字背后沉甸甸的分量。记者有幸在一次次现场采访和报道中,深深体会到了什么是“千淘万漉虽辛苦,吹尽狂沙始到金”。
“这是国家交给我们的任务,这是我们的责任和使命。”“没有情怀是干不了大科学的。”简简单单的话语,恰是大科学人最真实生动的写照。“虽然很难很难,但是都挺过来了,结果也很圆满。”圆满的结果,源于夜以继日的拼搏奋斗,源于风雨兼程的砥砺前行。
感谢记者这个身份,让我有机会走进一个个星光熠熠的团队,无论是三代名师薪火相传的教书育人集体,还是数十年磨一剑铸造国之重器的攻关团队,无论是身经百战的院士学者,还是意气风发的青年学子……他们的故事与情怀,他们的执着与坚守,无不让我为之动容。
这,就是哈工大人;这,就是哈工大精神。