研制人员正在检查设备 受访者供图 

一个要在天上“玩火”，一个要在天上“炼丹”，中国空间站梦天实验舱中这两个科学实验柜堪称最火热的一对——燃烧科学实验柜和高温材料科学实验柜。

(相关资料图)

日前，实验柜主任设计师等研制人员向《中国科学报》揭秘了梦天舱如何点燃太空中最热的一把火。

1600度的“炼丹炉”

1600℃！这是梦天舱高温材料科学实验柜的最高工作温度，也是国际空间站科学实验舱能够达到的最高温度。

铜的熔点是1085℃、单晶硅是1410℃……实验柜的工作温度越高，能研究的范围就越大，出现变革性成果的可能性也越大。在太空中做材料科学研究，几乎是每一位材料学家的梦想。

“空间站的重力只有0.001～0.000001个加速度，很可能出现地面无法制备的材料。”中科院上海硅酸盐研究所研究员、高温材料科学实验柜科学实验系统主任设计师刘学超表示。

但中国科学家要实现梦想却不易。在国际空间站上，美国命运号实验舱最高工作温度达到1400度、欧洲哥伦布号1400度、日本希望号1600度、俄罗斯科学号1200度。

“过去我们没有资源，现在有了很好的机会，我们在立项时就确定，所有技术指标不低于国际空间站同类装置。”刘学超说。

他们说到做到，目前，高温材料科学实验柜一系列指标国际领先：温度稳定度达到正负0.2℃、自动化样品数量为16支、首次采用X射线实时观察。

一次性批量处理16支样品打破了日本希望号GHF材料实验装置15支的记录。这意味着，航天员挂上16支样品之后，几个月都不需要进行任何操作，实验柜将自主完成所有实验，大大提高效率和精度。

中科院上海硅酸盐研究所副研究员、高温材料科学实验柜科学实验系统主管设计师张明辉表示，批次实验有点像“左轮手枪的弹匣”，依次轮转进行实验；而对整个实验过程实时拍照的CCD相机则像是“太上老君的童子”，时刻守护着“炼丹炉”。

据了解，为了提高空间实验成功率，科学家在地面进行了大量匹配实验，和空间实验的比例达到95:5。台上一分钟，台下十年功。张明辉说：“我们这里是天上一次加热实验，地面千锤百炼。”

多重手段确保绝对安全

“去空间站玩火是不是太危险了？”从梦天舱燃烧科学实验柜立项第一天，这样的质疑就不绝于耳。

但是，燃烧现象同人类生活息息相关，空间燃烧实验更是有望产生重大科学成果，也是全球热点方向。

中科院工程热物理研究所研究员、燃烧科学实验柜科学实验系统主任设计师郑会龙表示，在太空去除了对流的影响，可以深层次理解燃烧机理，有助于航空航天发动机研究、新材料合成、PM2.5产生机理分析等。

“我们的空间实验开展得晚，但也因此具有了后发优势。”郑会龙表示，梦天舱燃烧科学实验柜通用性强，功能强大，传感器最高可测3000℃高温，高速相机每秒钟可拍摄3000张照片，将面向全世界科学家开放申请科研项目。

同时，为了保证燃烧实验的绝对安全，研制团队采取了多重措施：实验中火苗最大只有3个生日蜡烛的燃烧量，而燃烧室能承受9个大气压的压力；燃料同氧气隔绝放置，防止意外；燃烧产物多重过滤回收，保证航天员生命健康；此外还设定了很多预警系统。

高温材料科学实验柜则在国际上首次将X射线装置搬到了空间站。航天科技集团兰州空间技术物理研究所高级工程师、高温材料科学实验柜科学实验系统副主任设计师孙晋川表示，X射线实验装置是空间科学实验的“火眼金睛”，可以通过可视化手段，获得材料样品在制备过程中的实时图像信息和数据。

为了避免X射线对航天员的健康影响。研制团队设计了一套屏蔽吸收系统，就算装置满功率输出，X射线溢出量也远低于国家标准。

高温材料科学实验柜还通过技术攻关，实现了内部1600度、外部低于40度的效果，航天员摸起来不冷不热，跟自己体温差不多。

交一份完美答卷

10月31日下午3点半，梦天舱随着长征五号运载火箭发射升空。在文昌现场观看发射的刘学超、郑会龙等人激动地在草坪上飞奔起来。

那一刻，除了自豪，更是百感交集。

所有技术指标不低于国际同类装置，还有许多国际首次，意味着必定要经历艰苦的攻关过程。6年时间，已经数不清失败过多少次。

有一次，加热陶瓷结构件接连三次断裂，每次都要重新设计、开模、实验。最后一次上力学台前，同事跟刘学超说，自己昨晚梦见陶瓷又裂了。刘学超苦笑：巧了，我也做了一样的梦。还好，那次实验终于通过了。

为了批量放置16个样品，来自中科院沈阳自动化研究所的技术专家前后做了10套方案，怎么都放不下。但他们告诉自己，不行，一定要放下。最终通过不断迭代设计，将空间用到极致，16个放下了。

为了总重量不超标，高温材料科学实验柜设计方案历经五轮减重，在保证先进性、安全性的同时从每个细节抠重量。最后一轮时孙晋川笑称：“能不能别减柜子了，我自己体重减了好几斤。”

多少次觉得“坚持不下去了”，但最终还是爬起来成为“打不死的小强”。回头再看，孙晋川自信地说：“这些攻克下来的具体技术都成为我们掌握的核心技术。”

在这场全国大协作中，来自全国各顶尖科研机构的专家们也结下了深厚的战斗友谊。“没有这么多单位的支持，我们无法在短时间内完成这么复杂的工程，体现了我们国家强大的设计、科研和集成能力。”郑会龙说。

尤其是最近几年，为了保障后墙不倒，大家没有节假日，顶着疫情的风险一出差就是一个月。今年春节，来自全国各地的研制团队齐聚北京，进行正样机交付前最后的调试，除夕工作到凌晨一两点，大年初一早上八点又来到现场工作。

“我们整个团队几乎都拼了老命。”郑会龙说：“既然承担了国家任务，就要交一份完美的答卷，这就是航天精神，也是我国航天事业能够不断超越自我的根本原因。”