海尔生物航天冰箱七入太空 十余年科研建立天地冷链系统

日期:06-09
太空冰箱科研

神舟十二号和神舟十三号载人飞船上,摄像机都曾记录下一个中国航天的“名场面”——三位航天员在中国空间站内飘着吃、倒着吃、旋转着吃宫保鸡丁、东北豆角、麻椒鸡。

“太空吃播”短暂的画面背后,是近20年的科研历程、众多被攻克的“卡脖子”难关和一代人的奋斗。从2011年到2021年,从神舟八号到神舟十三号,十年间海尔航天医用冷储箱已经“七入太空”,完成了空间医学、生物试验样品存储任务;在此基础上研发的空间站食品冷藏箱,为航天员长期在轨驻留生活的特殊“出差”任务,提供了食品低温存储服务,川菜、东北乱炖才能替代了压缩饼干。

冰箱上天全世界只有三个国家能做到

航天冰箱是用于太空环境的低温储存设备,根据用途又分为医用冷储箱和食品冷藏箱。30万米高空之上的冷藏并不是一件简单的事,到目前为止,我国也仅仅是继美国、俄罗斯之后第三个掌握航天冰箱核心技术的国家。

由于太空环境极其特殊,航天冰箱的性能、设计等与家用冰箱都大不相同。海尔生物航天冰箱研发团队负责人陈海涛说,在航天项目中,要发射一克材料到轨道里面去,花的代价就是一克黄金的价格,那么重量就是产品的一个主要指标。

另一个重要的指标是能效。在空间站里面,所有的电都来自于太阳能帆板,它提供的电是有限的,在有限的能源供应下,还要支持至关重要的航天员生命保障体系设备的运行,以及一系列的实验。“如果航天冰箱能耗能降低,那么节约的电就能做更多其他的事情。”

此外,在做到更轻、更节能的同时,冷储箱是否足够坚固,经得起升空的强大推进力,也是必须要考虑的因素。

第一个难题很快出现——既要轻又要强。冷储箱的重量和强度,其实是一个矛盾体,陈海涛回忆,第一次做震动冲击的时候,做了强化设计,没想到上去还没震几下就把门给震掉了。但是“你要做的非常轻,要做轻量化设计,那么有些时候结构、强度就很难保障。”花了很长一段时间,项目组反反复复实验,最后通过更新的航空合金材料,以及结构的强化设计,把这个难题解决了。

这道坎让团队对整个航天项目有了一个更加清醒和深刻的认识,也让大家意识到要对航天工程心存敬畏。

历时5年,航空医用冷储箱研发突破了3项关键技术。首先是轻强结构,项目组通过制冷系统选择、结构紧凑性设计等大幅降低了箱体重量,大大节约了飞船发射成本,且能够承受振动12g和冲击500g的瞬间最大加速度,保证了航天冰箱的高强度要求。

第二是高效智能控制,根据制冷系统特性,采用智能化控制,实现制冷效率较民用产品提高25%,较设计能耗限值降低25%,节省了空间资源;还实现航天冰箱在30万米高空运行状态实时监控,节省了航天员乘组在轨工作量,保障空间医学实验顺利进行。

第三是突破高效恒温蓄冷技术,保证飞船在上升及返回阶段,无能源供应条件下恒温存储20个小时,保障整个飞行任务中的安全存储。

承接这项任务的是海尔太空及公卫领域健康保障关键装备及智慧化方案创新团队,有人说这是这个年轻团队的炫技之作,对于他们来说,其实是一份需要心怀敬畏、抗住压力的沉甸甸的责任。

海尔生物的航天医用冷储箱项目从2006年启动,经过5年研制,2011年交付第1台航天医用冷储箱产品,并于2011年11月1日随神舟八号飞船入轨。到最近一次神舟十三号载人飞船升空,海尔航天医用冷储箱第七次跟随上天,为空间医学样本提供存储保障。。

一日三餐的背后是中国制造的追

从遥望星河,到1970年我国“东方红一号”成功升空,再到我们今天拥有了自己的空间站。中国航天事业的每一步,都让国人发自内心的为国家、民族感到自豪。

在微博上,#中国的航天科技有多惊艳#登上热搜。大家竞相讨论着,每一个细节背后,中国制造的影子。更令人感动的是,这些技术的背后,很多是来自于我们身边的企业。

以前,航天产品很少有企业参与,因为产品质量要求很高,企业保证起来会有困难。

2006年启动医用冷储箱项目的时候,面对国外航天技术的封锁,中国航天向国内顶尖的、做制冷类产品的公司提出需求,看有没有好的方案。提需求的时候也没设上限,只要求重量越低越好,效率越高越好。最后,海尔凭借硬指标拿下了这个项目。

这一次开放性尝试,让海尔有机会参与核心装备的研制,不仅交付的产品性能超出了规定指标,而且第一次参与研制的设备就上天了,上天后还非常顺利地完成了任务,并在后面每一次任务里都表现得非常可靠、非常稳定。

于是,当中国航天再做空间站食品冷藏箱的时候,直接选择了海尔。

这也就是名场面“太空吃播”中出现的白色小冰箱。这台食品冷藏箱大小10升,箱内温度保持在零上2摄氏度至8摄氏度,主要功能为航天员在轨飞行时提供食品储存保鲜功能。

“由于太空的特殊环境,食品冷藏设备应用于航空航天领域,不仅要克服发射升空过程中的强烈震动冲击,同时还要克服太空微重力环境下传热机理及均匀温度场的难题。”陈海涛说,面对太空环境及天和核心舱运行结构的特殊性等,他们整合自身在低温存储领域技术优势,历时6年自主研发出空间站食品冷藏箱,实现了抗震性能、制冷效率等方面的技术突破。

此外,通过物联网技术的应用,还能实现食品冷藏箱全程遥测、遥控及状态分析,降低了航天员的在轨工作量,保障了飞行任务的顺利实施。

一个有意思的细节是,在返回过程中,为保证航天员的安全,要严格控制返回舱的重量。为此,医用冷储箱在完成任务后,就会被留在神舟飞船里,进入大气层时被销毁,而重要的生物样本则会被转移到低温存储装置中,跟随航天员通过返回舱回到地面,再被及时送检。食品冷藏箱则继续留在天和核心舱执行任务。

医用冷储箱与便携式低温保存装置组合形成完整的天/地冷链系统,食品冷藏设备让航天员漫长的“差旅”有了生活的气息。星空浩瀚,即便是一日三餐,都是中国航天梦背后几十年来对硬科技的艰辛追索。

责任编辑:黄妍

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