【儀表網(wǎng) 產(chǎn)業(yè)報道】“自2024年2月通過國家驗收開始正式運行一年多以來，在國家發(fā)展和改革委員會、財政部、工業(yè)和信息化部、黑龍江省政府以及哈爾濱市政府等相關(guān)部門大力支持下，空間環(huán)境地面模擬裝置從建設(shè)期平穩(wěn)過渡到開放運行期，至今已累計服務(wù)包括中國航天科技集團、中國電子科技集團在內(nèi)的150余家用戶，為1000余型宇航元器件的研發(fā)提供測試服務(wù)，支撐我國多項重大航天工程順利實施。”哈工大空間環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院院長李立毅介紹說。
 

　　這座被譽為“地面空間站”的空間環(huán)境地面模擬裝置正成長為一片孕育創(chuàng)新、科技、人才和活力的沃土，結(jié)出一顆顆豐碩飽滿的果實。
 

　　從0到1 產(chǎn)出原創(chuàng)性引領(lǐng)性科學(xué)成果
 

　　通過“地面空間站”中的空間磁環(huán)境模擬與研究系統(tǒng)，上海交通大學(xué)的科研團隊開展了一項突破性實驗：在近零磁場環(huán)境并復(fù)合零下20至130攝氏度的極端溫度范圍內(nèi)，微生物連續(xù)生存7天并成功存活。這一成果在國內(nèi)尚屬首次。
 

　　上海交通大學(xué)微生物代謝國家重點實驗室教授肖湘說：“零磁場環(huán)境與無磁高低溫裝置構(gòu)建了多因素耦合的極端域外環(huán)境，對探尋生命起源與域外生命問題具有重要科學(xué)價值。”
 

　　與肖湘教授不同，對于哈工大材料科學(xué)與工程學(xué)院極端環(huán)境材料和器件技術(shù)創(chuàng)新中心團隊來說，這座“地面空間站”真的建到了“家門口”。團隊楊劍群研究員說：“我們團隊從始至終都在深度參與大科學(xué)工程建設(shè)的相關(guān)工作。在空間環(huán)境地面模擬裝置建成之前，我們有一些重要急需實驗需要到外地甚至是國外去做。現(xiàn)在有了‘家門口’的‘地面空間站’，不但開展科研更方便了，而且裝置的先進性和穩(wěn)定性，為我們極端環(huán)境與效應(yīng)基礎(chǔ)研究和人才培養(yǎng)，以及團隊承擔的國家重大項目提供了重要的支撐和促進作用。”
 

　　在這個集材料、航天、物理、計算機、數(shù)學(xué)等多學(xué)科深度融合、以基礎(chǔ)性研究為代表的交叉團隊中，有一半以上師生使用過空間環(huán)境地面模擬裝置的器件離子輻照研究系統(tǒng)，并在極端環(huán)境材料和器件機理研究、軟件驗證等方面取得突破性進展，相關(guān)研究成果已在《IEEE核科學(xué)匯刊》等領(lǐng)域知名期刊發(fā)表。
 

　　“申請使用平臺的校內(nèi)外用戶非常多，機時也很珍貴，所以每一次試驗對我們來說都非常寶貴。”楊劍群說，“希望未來能夠通過一流的平臺產(chǎn)出更多一流的成果，為我國航天技術(shù)的進步和發(fā)展作出更大貢獻。”
 

　　從大科學(xué)設(shè)施產(chǎn)出的科學(xué)成果源源不斷——2月28日，哈工大生命科學(xué)中心陳政課題組在糖脂代謝穩(wěn)態(tài)整合調(diào)控和代謝性疾病發(fā)病機制方面取得重要進展，研究成果問鼎《科學(xué)》(Science)……這座空間環(huán)境地面模擬裝置將持續(xù)促進成果對科學(xué)研究、科技發(fā)展作出原創(chuàng)性、引領(lǐng)性貢獻。
 

　　1+1>2 協(xié)同創(chuàng)新促進高技術(shù)發(fā)展
 

　　通過空間環(huán)境地面模擬裝置，一場跨越校際合作開展的地球磁層的磁場重聯(lián)、哨聲波與粒子相互作用等空間重要物理過程的實驗研究正在展開。
 

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陸全明教授是裝置的深度使用者，“以前我們只能通過幾十公分的小裝置完成相關(guān)驗證，而這里的裝置尺寸大上幾十倍，我們能夠研究更復(fù)雜的物理過程，這是小型裝置無法實現(xiàn)的。”陸全明感慨道：“大科學(xué)的‘大’開拓的不光是我們的研究成果，更是我們的研究思路。”
 

　　“在這里，我們和陸全明教授團隊共同首次實現(xiàn)了地球磁層頂重聯(lián)過程的地面模擬和確認，這座裝置的建成，不僅推動了科學(xué)研究的突破，也促進了校際合作的深化。”空間環(huán)境與物質(zhì)科學(xué)研究院副院長鄂鵬教授說：“我們與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的合作實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，將空間探測、地面實驗和理論仿真三種研究手段高效融合。”
 

　　通過空間環(huán)境地面模擬裝置形成的合作，不僅催生了一批高水平技術(shù)，還促進了人才的流動與培養(yǎng)。陸全明教授的多名學(xué)生畢業(yè)后加入哈工大，繼續(xù)從事相關(guān)研究，成為校際合作的生動注腳。
 

　　目前，空間環(huán)境地面模擬裝置已經(jīng)促成我校與中國科學(xué)技術(shù)研究院、西安電子科技大學(xué)、北京理工大學(xué)等眾多高校、科研院所之間的合作，為攜手加快在重要領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)、在戰(zhàn)略性領(lǐng)域取得更多更大突破創(chuàng)造條件。
 

　　1到100 開放共享連接全球科學(xué)
 

　　謝爾蓋·阿帕騰科夫(Sergei Apatenkov)教授來自俄羅斯圣彼得堡國立大學(xué)，從事空間等離子體物理領(lǐng)域研究已近20年，這座位于中國東北的“地面太空實驗室”讓他感到耳目一新。
 

　　“這里讓我看到了地球與太陽相互作用的‘迷你宇宙’。” 謝爾蓋這樣形容他的實驗體驗。他所在的團隊利用裝置模擬太陽風與地球磁層的相互作用，研究磁重聯(lián)這一空間物理中的關(guān)鍵現(xiàn)象。“在太空中，我們只能依賴衛(wèi)星數(shù)據(jù)，捕捉到的是瞬間的、不可重復(fù)的自然現(xiàn)象。而在這里，我們可以精確控制實驗條件，重復(fù)驗證每一個猜想。”
 

　　作為國際用戶，謝爾蓋對裝置的開放性和包容性給予了高度評價。“這里不僅是一個實驗平臺，更是一個國際合作的樞紐。我期待更多全球科學(xué)家來到這里，共同探索宇宙的奧秘。”
 

　　這座“地面空間站”不僅是中國科技實力的象征，更是全球科學(xué)家共同探索宇宙的“地面橋梁”。正如謝爾蓋教授所說：“我會毫不猶豫地將空間環(huán)境地面模擬裝置推介給周圍的同行們，這里，宇宙的奧秘觸手可及。”
 

　　“實現(xiàn)了從0到1的突破，還要做好從1到100的推廣。”李立毅表示，大科學(xué)裝置具有科學(xué)和工程雙重屬性，擔負著原始創(chuàng)新策源地、基礎(chǔ)研究先鋒隊的使命。未來將進一步統(tǒng)籌更新大科學(xué)裝置方案，提升其對基礎(chǔ)研究、國家戰(zhàn)略、高技術(shù)發(fā)展和國際合作等方面服務(wù)支撐能力。
 

　　空間環(huán)境地面模擬裝置是“十二五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合中國航天科技集團建設(shè)，可以在地面模擬真空、輻照、弱磁等9大類太陽系常見空間環(huán)境因素和效應(yīng)，是面向全球開放共享的基礎(chǔ)科學(xué)研究平臺。裝置能夠開展的科學(xué)研究方向如下：
 

　　綜合環(huán)境模擬分系統(tǒng)是空間環(huán)境地面模擬裝置的核心組成部分，可模擬真空、高低溫、帶電粒子輻射、電磁輻照、空間中性氣體、固體顆粒物等6大類太陽系典型空間綜合/極端環(huán)境與效應(yīng)。配備高分辨率原位/半原位分析設(shè)備，可開展空間綜合/極端環(huán)境下材料/器件/系統(tǒng)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)演化過程和強關(guān)聯(lián)效應(yīng)的定量研究，以及空間塵埃環(huán)境物理與效應(yīng)理論研究，揭示空間綜合環(huán)境下材料/器件/系統(tǒng)性能的時空演化規(guī)律與環(huán)境效應(yīng)的物理本質(zhì)。
 

　　器件離子輻照分系統(tǒng)基于300MeV質(zhì)子/重離子加速器、10MeV質(zhì)子加速器以及1MeV電子加速器開展元器件輻照試驗，可進行電子元器件原位在線的工程評價、機理分析以及高精度離線測試等工作。
 

　　微觀機理分析分系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)材料與器件的制備-空間環(huán)境作用-原位分析測試的全鏈條式研究，從微觀層面上探究空間環(huán)境因素耦合作用下材料表面結(jié)構(gòu)與性能的變化規(guī)律和物理機制。
 

　　離子加速器分系統(tǒng)是空間環(huán)境地面模擬裝置的核心組成部分，可提供寬能量范圍的電子、質(zhì)子和重離子束流，建設(shè)有300MeV質(zhì)子重離子加速器、10MeV質(zhì)子加速器、1.2MeV電子加速器、1MeV電子加速器、200keV電子加速器和200keV質(zhì)子加速器，可提供充沛的實驗機時和穩(wěn)定的束流，是研究粒子輻射與材料、器件及生物體作用的重要平臺。離子加速器分系統(tǒng)建設(shè)有多條實驗束線，可開展輻射場模擬、元素分析、微區(qū)分析、器件輻照效應(yīng)、細胞輻照效應(yīng)、核物理、核探測器校準等研究。
 

　　空間生命科學(xué)分系統(tǒng)是通過構(gòu)建輻照、弱磁、微重力單一因素以及任意兩者或三者耦合的綜合環(huán)境因素下的生物學(xué)效應(yīng)在線實驗分析平臺，致力于揭示空間因素下生命活動現(xiàn)象的規(guī)律和機制，提高人類進入并適應(yīng)空間的能力。
 

　　空間磁環(huán)境模擬與研究系統(tǒng)以主動補償和被動屏蔽的優(yōu)化結(jié)合為主體方案，突破大型零磁室磁路連續(xù)性設(shè)計與實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)剩余靜磁場優(yōu)于0.05nT、磁場梯度優(yōu)于1pT/cm的零磁環(huán)境，可用內(nèi)部空間為3.6m*3.6m*3.6m。本系統(tǒng)更進一步解決弱磁調(diào)控線圈與屏蔽磁路的耦合問題，建立1nT-0.1mT的交直流可控弱磁場，指標同樣達到世界先進水平。并且克服科學(xué)研究設(shè)備帶來的電磁干擾，是首個集成多種功能研究平臺的弱磁/零磁環(huán)境裝置。系統(tǒng)將擴展弱磁/零磁環(huán)境的實現(xiàn)范圍，為弱磁生物學(xué)、空間科學(xué)、航空航天工程、空間探測技術(shù)、磁計量學(xué)、地磁導(dǎo)航技術(shù)、地球物理科學(xué)等科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的新探索和新發(fā)現(xiàn)提供必要研究條件。
 

　　空間等離子體環(huán)境模擬與研究系統(tǒng)是“空間環(huán)境地面模擬裝置”的核心組成部分，分為近地空間等離子體環(huán)境模擬艙和臨近空間等離子體環(huán)境模擬艙，分別模擬地球磁層等離子體環(huán)境和高速飛行器表面等離子體環(huán)境。配備有多種磁體線圈、等離子體源以及高時空分辨診斷設(shè)備，可模擬爆發(fā)性空間等離子體過程(磁暴、高能粒子暴等)，研究基本等離子體物理過程(磁重聯(lián)、湍流等)，建立和驗證具有實際應(yīng)用意義的地球磁層空間等離子體環(huán)境參數(shù)分布及演化規(guī)律的模型。模擬航天器再入大氣層(或臨近空間高超聲速飛行器)產(chǎn)生的動態(tài)等離子體鞘套，并研究其與電磁波相互作用的物理機制，揭示等離子體鞘套中射頻通信/測控信號的傳播特性，發(fā)展緩解或消除通信黑障的有效方法。
 

　　數(shù)值仿真與中央監(jiān)控系統(tǒng)是空間環(huán)境地面模擬裝置中實驗設(shè)備的集中監(jiān)控樞紐和實驗數(shù)據(jù)的匯聚中心。本系統(tǒng)為裝置及其運行的實驗提供全生命周期的管理與支持服務(wù)，為裝置提供數(shù)據(jù)采集、實驗和安全監(jiān)控、集中展示、數(shù)據(jù)存儲、運行管理、數(shù)值仿真、數(shù)據(jù)共享、遠程實驗等服務(wù)。