航天冰箱科普：七入太空的海爾智慧

4月16日，三名航天員完成為期六個(gè)月的太空“出差”任務(wù)順利返航，在人類(lèi)探索太空的進(jìn)程上，代表中國(guó)寫(xiě)下了濃墨重彩的一筆。

中華民族對(duì)飛天的渴望、對(duì)未知太空的向往已延續(xù)千年。如今，“欲上青天攬明月”的壯志早已變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，在天宮空間站“天和”核心艙的每一個(gè)角落，都凝聚著大量的中國(guó)智慧。

來(lái)自海爾的智慧，藏在兩臺(tái)特殊的“航天冰箱”里。從2011年到2022年，從神舟八號(hào)到神舟十三號(hào)，海爾航天冰箱已“七入太空”，成為中國(guó)載人航天項(xiàng)目的“標(biāo)配”。

這打破了國(guó)外長(zhǎng)達(dá)30年的技術(shù)壟斷，中國(guó)也由此成為繼美國(guó)、俄羅斯之后第三個(gè)掌握航天冰箱核心技術(shù)的國(guó)家。作為這一項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人，青島海爾生物醫(yī)療股份有限公司副總經(jīng)理陳海濤在接受采訪(fǎng)時(shí)為大家詳細(xì)介紹了航天冰箱技術(shù)研發(fā)的過(guò)程與相關(guān)問(wèn)題。

一問(wèn)：航天冰箱是干啥的？和家里的冰箱有啥不一樣？

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(chǔ)存設(shè)備，根據(jù)用途又分為醫(yī)用冷儲(chǔ)箱和食品冷藏箱。

醫(yī)用冷儲(chǔ)箱用來(lái)存儲(chǔ)空間醫(yī)學(xué)、生物試驗(yàn)樣本，以開(kāi)展在軌醫(yī)學(xué)和生物方面的科研，支撐人員在空間站長(zhǎng)期駐留；食品冷藏箱用來(lái)存儲(chǔ)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(jì)等也跟家用冰箱大有不同。在太空微重力的環(huán)境下，物品是漂浮狀態(tài)，這就需要保持物品穩(wěn)定的同時(shí)又要方便取放。此外，家用冰箱主要采用壓縮機(jī)制冷，但在太空微重力的環(huán)境下，氣體和液體不能靠重力分開(kāi)，成熟的蒸氣式壓縮機(jī)制冷技術(shù)不適用，需要探索其他制冷技術(shù)。

二問(wèn)：冰箱要上天，到底難不難？

陳海濤：難，輕、強(qiáng)、穩(wěn)、智、省，處處是坎。

一是“輕”。載人航天項(xiàng)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(guò)制冷系統(tǒng)選擇、結(jié)構(gòu)緊湊性設(shè)計(jì)、保溫層厚度減半等把重量一克一克往下減，實(shí)現(xiàn)了箱體重量比項(xiàng)目要求的設(shè)計(jì)限值還低25%。

二是“強(qiáng)”?；鸺l(fā)射階段，神舟飛船會(huì)經(jīng)受振動(dòng)、沖擊、噪聲等各種極限考驗(yàn)，這要求航天冰箱具備更高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，承受振動(dòng)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(guò)了飛機(jī)零部件抗振動(dòng)、抗沖擊的要求。

三是“穩(wěn)”。在發(fā)射階段是“超重”帶來(lái)的強(qiáng)度考驗(yàn)，進(jìn)入太空中則是“失重”帶來(lái)的穩(wěn)定考驗(yàn)。想象一下空間站里航天員們一打開(kāi)冰箱，蘋(píng)果、酸奶到處飄，會(huì)帶來(lái)很大的麻煩，所以航天冰箱要設(shè)計(jì)得既能固定物品，又能方便航天員取放。為此，我們?cè)囼?yàn)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(jì)了一種防護(hù)網(wǎng)，方便取放的同時(shí)還耐菌，航天員實(shí)際使用后反饋不錯(cuò)。

四是“智”。航天員在軌的時(shí)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?cè)诤教毂渖蠎?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(guò)一個(gè)類(lèi)似PAD的手持終端就能完成開(kāi)關(guān)機(jī)、溫度設(shè)定等，這是國(guó)際空間站也沒(méi)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(guó)家航天中心聯(lián)網(wǎng)，航天員休息的時(shí)候就有地面工作人員來(lái)照看這些設(shè)備。

五是“省”。航天設(shè)備在軌運(yùn)行使用的電來(lái)自太陽(yáng)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(jī)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(xiàng)目要求的還降低了25%。

三問(wèn)：研發(fā)過(guò)程中，有什么事終身難忘？

陳海濤：技術(shù)難題、時(shí)間進(jìn)度，都讓我敬畏。

第一個(gè)是震下來(lái)的門(mén)。前面說(shuō)了火箭發(fā)射階段的振動(dòng)和沖擊力是非常大的，所以我們?cè)谔釄?bào)航天冰箱方案的時(shí)候，已經(jīng)提前做了結(jié)構(gòu)加強(qiáng)設(shè)計(jì)，包括門(mén)軸、門(mén)鎖結(jié)構(gòu)，都是選用高強(qiáng)度的鋼材做的，而且做原理試驗(yàn)?zāi)茏叩猛ǎY(jié)果在做環(huán)境適應(yīng)性測(cè)試時(shí)，直接就把冰箱門(mén)給震飛了。這讓我們重新認(rèn)識(shí)了航天冰箱要面對(duì)的特殊環(huán)境有多嚴(yán)苛，為了兼顧“輕”和“強(qiáng)”，我們?cè)诓牧虾徒Y(jié)構(gòu)上做了很多嘗試，才把這個(gè)問(wèn)題解決了。

第二個(gè)是靜電擊穿的時(shí)間點(diǎn)。那時(shí)離產(chǎn)品交付只剩一兩個(gè)月了，在一次摸底實(shí)驗(yàn)的時(shí)候發(fā)生了靜電擊穿，就是靜電放電可能造成硬件擊穿。舉例來(lái)說(shuō)，秋冬干燥的天氣里我們身上有靜電，跟別人碰到手會(huì)有針扎了一下的感覺(jué)，就是靜電放電造成的。我們當(dāng)時(shí)就想，一定要趕緊找出原因，不然耽誤整體項(xiàng)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(méi)回家，就在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)驗(yàn)證，在大家都有點(diǎn)絕望了的時(shí)候，終于發(fā)現(xiàn)這并不是產(chǎn)品本身的問(wèn)題，而是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，里面放了一個(gè)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(xiàng)目進(jìn)度，我們團(tuán)隊(duì)每一次都是高度緊張、全力以赴。

四問(wèn)：這么難的項(xiàng)目，為什么海爾行？

陳海濤：用硬指標(biāo)說(shuō)話(huà)，吸引更多中國(guó)企業(yè)共筑“航天夢(mèng)”。

2006年啟動(dòng)醫(yī)用冷儲(chǔ)箱項(xiàng)目的時(shí)候，面對(duì)國(guó)外航天技術(shù)的封鎖，中國(guó)航天向國(guó)內(nèi)頂尖的、做制冷類(lèi)產(chǎn)品的公司提出需求，看有沒(méi)有好的方案，提需求的時(shí)候也沒(méi)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(gè)項(xiàng)目。

以前，航天產(chǎn)品很少有企業(yè)參與，因?yàn)楫a(chǎn)品質(zhì)量要求很高，企業(yè)保證起來(lái)會(huì)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了任務(wù)，并在后面每一次任務(wù)里都表現(xiàn)得非?？煽?、非常穩(wěn)定，給他們留下了非常深刻的印象。

在這個(gè)基礎(chǔ)上，中國(guó)航天再做空間站食品冷藏箱的時(shí)候，直接選擇了海爾。看到我們把航天冰箱做起來(lái)了，而且天宮空間站時(shí)期技術(shù)更加成熟了，更多中國(guó)企業(yè)也參與進(jìn)來(lái)共筑“航天夢(mèng)”。

五問(wèn)：我們跟國(guó)外比，領(lǐng)先嗎？

陳海濤：領(lǐng)先。

除了前面提到的航天冰箱能實(shí)現(xiàn)艙內(nèi)聯(lián)網(wǎng)互動(dòng)，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(gè)指標(biāo)的，就是每單位容積每天運(yùn)行的耗電量是多少，根據(jù)公開(kāi)的信息，和國(guó)際空間站上的同類(lèi)產(chǎn)品相比，在這個(gè)指標(biāo)上我們做的更好。

六問(wèn)：航天員在天宮說(shuō)過(guò)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(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)。來(lái)自太空的每一次反饋，都有地面人員的及時(shí)響應(yīng)。

比如前一段時(shí)間，航天員反饋我們冰箱的溫度有點(diǎn)高，我們?cè)诘孛嫔峡紤]了各種可能，比如是不是因?yàn)榭臻g站微重力的環(huán)境里氣流無(wú)法自然對(duì)流，在冰箱附近還有其他設(shè)備排放熱量，就把周邊環(huán)境溫度帶高了？

我們和航天員天地聯(lián)動(dòng)配合做了很多分析，最終發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在過(guò)濾器上，它吸附灰塵會(huì)導(dǎo)致溫度升高。這個(gè)問(wèn)題我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮過(guò)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(guò)濾器，溫度接著就下來(lái)了。所以說(shuō)，他們?cè)谲夛w行的過(guò)程中，我們時(shí)時(shí)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。

七問(wèn)：這次航天冰箱也回家了嗎？

陳海濤：沒(méi)有，帶回來(lái)的是低溫存儲(chǔ)裝置和生物樣本。

在返回過(guò)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(chǔ)箱在完成任務(wù)后，就被留在神舟飛船里，進(jìn)入大氣層時(shí)被銷(xiāo)毀，而重要的生物樣本則會(huì)被轉(zhuǎn)移到低溫存儲(chǔ)裝置中，跟隨航天員通過(guò)返回艙回到地面，再被及時(shí)送檢。食品冷藏箱則繼續(xù)留在天和核心艙執(zhí)行任務(wù)。

八問(wèn)：為什么選擇干研發(fā)？

陳海濤：好奇心和喜歡挑戰(zhàn)。

我感覺(jué)自己是素質(zhì)教育的受益者。我從小在新疆長(zhǎng)大，上學(xué)時(shí)自由時(shí)間比較多，能保持對(duì)事物的好奇心。另外，我對(duì)創(chuàng)新類(lèi)的事物比較感興趣，喜歡做一些創(chuàng)新的東西，工作后就想干一些有挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目，比如航天冰箱這種，符合我的發(fā)展愿望。

九問(wèn)：科技創(chuàng)新，你怎么看？

陳海濤：核心技術(shù)真的是買(mǎi)不來(lái)的，企業(yè)是關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新的主力。

我們剛接航天冰箱項(xiàng)目時(shí)，只知道有航天冰箱，但誰(shuí)也沒(méi)見(jiàn)過(guò)，國(guó)外技術(shù)對(duì)中國(guó)封鎖，我們完全是從零開(kāi)始。當(dāng)時(shí)就特別深刻的感覺(jué)到，核心技術(shù)真的是買(mǎi)不來(lái)的，還是要靠我們自己去創(chuàng)新，才能不被“卡脖子”。

為了干成這個(gè)“卡脖子”的項(xiàng)目，海爾集團(tuán)給了我們團(tuán)隊(duì)非常大的支持，讓大家不以盈利為目的去搞科研，我覺(jué)得企業(yè)特別有擔(dān)當(dāng)。隨著這個(gè)項(xiàng)目突破國(guó)外封鎖，我們的技術(shù)人員也在項(xiàng)目中快速成長(zhǎng)，成為企業(yè)的創(chuàng)新力量。

我一畢業(yè)就選擇到海爾來(lái)做技術(shù)研發(fā)，也是看中這個(gè)平臺(tái)鼓勵(lì)創(chuàng)新，在做一些很有創(chuàng)新挑戰(zhàn)性和發(fā)展空間的業(yè)務(wù)。從技術(shù)人員視角來(lái)看，海爾集團(tuán)這些年的發(fā)展一直都聚焦技術(shù)，在企業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也實(shí)實(shí)在在解決了幾個(gè)卡脖子的問(wèn)題。

今年年初，海爾宣布成立科技創(chuàng)新委員會(huì)，未來(lái)三年內(nèi)將建立專(zhuān)項(xiàng)產(chǎn)業(yè)基金400億元，研發(fā)投入600億元，聚焦綠色雙碳、安全隱私與合規(guī)、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的芯片與操作系統(tǒng)、AIoT/感知與交互、數(shù)據(jù)生產(chǎn)力五大共性的關(guān)鍵技術(shù)，突破行業(yè)核心技術(shù)難題。我認(rèn)為，這也是想通過(guò)企業(yè)的創(chuàng)新來(lái)帶動(dòng)行業(yè)和社會(huì)的變革。

在國(guó)家鼓勵(lì)、企業(yè)支持的環(huán)境下，我們科研人員更要有扎實(shí)俯下身子去干的精神，扎扎實(shí)實(shí)把關(guān)鍵技術(shù)做出來(lái)。

十問(wèn)：對(duì)年輕人，想說(shuō)點(diǎn)什么？

陳海濤：創(chuàng)新應(yīng)該永遠(yuǎn)都有魅力。

現(xiàn)在大家活得越來(lái)越精彩了，我覺(jué)得對(duì)于年輕人來(lái)說(shuō)，創(chuàng)新應(yīng)該永遠(yuǎn)有魅力、有吸引力，年輕人要保持激情、積極地去參與創(chuàng)新。

轉(zhuǎn)自：搜狐網(wǎng)

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