指着手里的脉冲管制冷机,陈厚磊介绍:“这个跟小拇指差不多的部位,叫‘冷指’(cold finger)。这种小的制冷机能在几分钟内就把指尖的部位降低到零下200摄氏度。我们把探测器装在指尖上,探测器温度降低之后就可以清楚地去看地球了。”

从理论走向工程

上世纪80年代,中科院低温技术实验中心(中科院理化所组成单位之一)在国内率先开始了脉冲管制冷技术的基础研究。

到上世纪90年代,他们已经数次创造最低制冷温度纪录,取得一系列原创性成果,还曾获得国际制冷学会“卡皮查奖”和“林德奖”。

1998年,美国率先将脉冲管制冷机工程化并用于空间项目。我国虽然在脉冲管制冷的基础研究方面取得世界领先的成果,但是光学遥感卫星却一直苦于没有自己的空间制冷机。

“当时研制单位只能进口国外的,而且宇航级制冷机对我国是禁运的,研制单位只能想尽各种办法买地面级制冷机。”赵密广说。

之所以说“苦”,是因为进口的地面级制冷机寿命不到宇航级的1/10,而且经常会出问题,而卫星升空之后,无法像在地面时那样可以随时修理。一旦在轨失效,就可能使国家付出巨大代价。

上世纪90年代后期,在国家杰出青年科学基金、中科院及其他有关部门的支持下,中科院理化所研究团队开始向应用研究整体转型。

面向国家空间遥感和红外探测领域的重大需求,他们从故纸堆中走出来,开展脉冲管制冷机工程化和空间应用研究。从2000年开始,团队获得了国家航天部门的系统性支持。

从理论走向工程的路上,处处都是挑战。“我们要做的是宇航级产品,制冷机未来要在天上工作,必须保证8年、10年乃至更长时间不能坏。”陈厚磊说。

制冷机中充的是氦气,他们必须通过可靠的焊接和密封技术,保证氦分子极低的泄漏率。

气体的压缩膨胀靠的是活塞,他们必须让活塞和筒壁之间既接近又不接触,保证活塞在不能用油的情况下不出现磨损。活塞运动靠的是平面弹簧支撑,他们必须想方设法保证弹簧不歪,更不能断。

每一项“必须”,都意味着一份压力。“当时我们碰到了一些问题,很长一段时间都推进不了,大家士气一度很低落。”赵密广说。

早晨8点汇总进度,晚上12点下班,就这样,8年时间过去了。这8年里,日月星辰见证了他们的攻关之路:他们研制的脉冲管制冷机实现钛合金全焊接;活塞和气缸之间的距离达到微米级别;板弹簧在抗疲劳试验中能够运动100亿次以上,甚至还有一个弹簧的抗疲劳试验“跑”了10多年,至今没出问题。