好品山東丨帶你瞧瞧“七入太空”的海爾航天冰箱
來源：新黃河客戶端 發(fā)布時(shí)間：2022-04-21 14:21:36
4月16日，神舟十三號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,。伴隨著飛船圓滿降落,，電視機(jī)前的青島海爾生物醫(yī)療股份有限公司副總經(jīng)理陳海濤懸著的心，也跟著放下,。此次在太空中伴隨宇航員一起生活六個(gè)月之久的海爾食品冷藏箱,、醫(yī)用冷儲箱這兩臺特殊的“航天冰箱”正是由他設(shè)計(jì)。
新黃河記者從海爾集團(tuán)獲悉,，從2011年到2022年,，從神舟八號到神舟十三號,，海爾航天冰箱已“七入太空”，成為中國載人航天項(xiàng)目的“標(biāo)配”,。這打破了國外長達(dá)30年的技術(shù)壟斷,，中國也由此成為繼美國、俄羅斯之后第三個(gè)掌握航天冰箱核心技術(shù)的國家,。
那么,，航天冰箱與家用冰箱有何不同？有哪些“絕技”,？“天地聯(lián)動(dòng)”有哪些有意思的故事,？航天冰箱是否跟著3名航天員一起返回了地球？聽聽陳海濤的答案吧,。
新黃河：什么是航天冰箱,？它與家用冰箱有何不同？
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)境的低溫儲存設(shè)備，根據(jù)用途又分為醫(yī)用冷儲箱和食品冷藏箱,。
醫(yī)用冷儲箱用來存儲空間醫(yī)學(xué),、生物試驗(yàn)樣本，以開展在軌醫(yī)學(xué)和生物方面的科研,，支撐人員在空間站長期駐留,；食品冷藏箱用來存儲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,，物品是飄浮狀態(tài),，這就需要保持物品穩(wěn)定的同時(shí)又要方便取放,。
新黃河：應(yīng)用場景的特殊性,，給研發(fā)帶來了哪些難題？
陳海濤：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)”,。火箭發(fā)射階段,，神舟飛船會經(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”帶來的強(qiáng)度考驗(yàn),，進(jìn)入太空中則是“失重”帶來的穩(wěn)定考驗(yàn)。想象一下空間站里航天員們一打開冰箱,，蘋果,、酸奶到處飄，會帶來很大的麻煩,，所以航天冰箱要既能固定物品,，又能方便航天員取放。為此,，我們試驗(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)”,，我們在航天冰箱上應(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，航天員通過一個(gè)類似PAD的手持終端就能完成開關(guān)機(jī)、溫度設(shè)定等,，這是國際空間站也沒有的方案,。更厲害的是，航天冰箱離地球表面約400千米的距離,，也可以和地面的國家航天中心聯(lián)網(wǎng),，航天員休息的時(shí)候就由地面工作人員來照看這些設(shè)備。
五是“省”,。航天設(shè)備在軌運(yùn)行使用的電來自太陽能帆板,，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%,。
新黃河：研發(fā)過程中有沒有印象深刻的故事,？
陳海濤：技術(shù)難題、時(shí)間進(jìn)度都讓我對這個(gè)項(xiàng)目的敬畏一再加深,。
第一個(gè)是震下來的門,。前面說了火箭發(fā)射階段的振動(dòng)和沖擊力是非常大的，所以我們在提報(bào)航天冰箱方案時(shí),，已經(jīng)提前做了結(jié)構(gòu)加強(qiáng)設(shè)計(jì),，包括門軸、門鎖結(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ǎY(jié)果在做環(huán)境適應(yīng)性測試時(shí),，直接就把冰箱門給震飛了,。這讓我們重新認(rèn)識了航天冰箱要面對的特殊環(huán)境有多嚴(yán)苛，為了兼顧“輕”和“強(qiáng)”,，我們在材料和結(jié)構(gòu)上做了很多嘗試,，才把這個(gè)問題解決了。
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)時(shí)發(fā)生了靜電擊穿。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,，大家都沒回家，就在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)驗(yàn)證，我們甚至在大年二十九去醫(yī)院給“元器件”掛了急診,，為被打穿的元器件拍了X光片,，依然沒有發(fā)現(xiàn)原因。在大家都有點(diǎn)絕望時(shí),，終于發(fā)現(xiàn)這并不是產(chǎn)品本身的問題,，而是在實(shí)驗(yàn)過程中，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,。
新黃河：航天冰箱項(xiàng)目為什么會選擇海爾？
陳海濤：用硬指標(biāo)說話,，吸引更多中國企業(yè)共筑“航天夢”,。
2006年啟動(dòng)醫(yī)用冷儲箱項(xiàng)目時(shí)，面對國外航天技術(shù)的封鎖,，中國航天向國內(nèi)頂尖的,、做制冷類產(chǎn)品的公司提出需求，看有沒有好的方案,，提需求時(shí)也沒設(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)閷Ξa(chǎn)品質(zhì)量要求很高，企業(yè)保證起來會有困難,。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任務(wù),，并在后面每一次任務(wù)中都表現(xiàn)得非常可靠,、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，中國航天工程后來再做空間站食品冷藏箱時(shí),，直接選擇了海爾,。
新黃河：海爾航天冰箱在全球技術(shù)水平如何？
陳海濤：有的產(chǎn)品指標(biāo)比國際空間站做得還要好,！
我們剛接航天冰箱項(xiàng)目時(shí),，只知道有航天冰箱，但誰也沒見過,，國外技術(shù)對中國封鎖,，我們完全是從零開始。當(dāng)時(shí)特別深刻地感覺到,，核心技術(shù)真的是買不來,，還是要靠我們自己去創(chuàng)新，才能不被“卡脖子”,。
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)公開信息，和國際空間站上的同類產(chǎn)品相比,，在這個(gè)指標(biāo)上我們做得更好,。
新黃河：天地聯(lián)動(dòng)有什么有意思的事？
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，航天員反饋冰箱溫度有點(diǎn)高,，我們在地面上考慮了各種可能,，也和航天員天地聯(lián)動(dòng)配合做了很多分析，最終發(fā)現(xiàn)問題出在過濾器上,，它吸附灰塵會導(dǎo)致溫度升高,。這個(gè)問題我們在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮過了，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濾器,，溫度接著就降下來了。所以說,，他們在軌飛行時(shí),，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,。
新黃河：航天冰箱跟著返回艙一起回來了嗎？
陳海濤：沒有,，帶回來的是低溫存儲裝置和生物樣本,。
在返回過程中，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)被銷毀，而重要的生物樣本則會被轉(zhuǎn)移到低溫存儲裝置中,，跟隨航天員通過返回艙回到地面,，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),。
新黃河記者：黃敏
責(zé)任編輯：封曉健
