“中国创造”遨游太空 热控应用再求突破——记2012年度山东省科技奖最高奖获得者程林教授

成果：为AMS磁谱仪穿上“恒温衣”

　　“今年6月，安装于国际空间站的AMS磁谱仪平稳渡过年度最高Beta角的运行状态，经受住了极端最热工况考验。在最热工况下，通过对AMS热系统的所有温度测点监测显示，AMS各探测器及主散热板上的温度分布均匀，温度波动差值、温度峰值与日常在轨工况几乎一致，整个最热工况阶段峰值温度变化小于0.5℃。在去年经受最冷工况时，其温度变化也小于1℃。这充分证明了山东大学设计和制造的AMS热控制系统的可靠性。”宋继伟博士说。
　　AMS磁谱仪实验是20世纪末和21世纪初国际上最重要的科学工程之一，目的是在太空中探索暗物质和反物质的存在。这一项目共有来自世界16个国家的498位科学家参与，涉及56个研究所和大学。
　　8年前，程林教授开始参与这一项目，并作为首席科学家全面负责其热系统的研究与设计。经过反复论证、试验，程林提出了太空粒子探测仪运行的周期性冷热交替的传热动态响应特征和不稳定分散热源的最优传热方法，解决了粒子探测仪在国际空间站运行过程中热控制问题，首次成功解决了带电磁铁太空运行的温度控制这一关键科学难题。去年，他也因此获得美国宇航局特别嘉奖。
　　据了解，目前AMS已经捕捉到252亿个宇宙暗物质射线，之前人类之是猜测暗物质是否存在，现在，科学家们已经可以证明它确实存在。

应用：新技术已用于我国尖端领域

　   自2011年5月搭载“奋进号”到达国际空间站，经过一年半的运转，AMS在国际空间站所经受的各种极端挑战，证明了程林教授主持研发的热控制技术的成功。根据相关协议，这一技术所产生的相关成果可以在国内应用。据悉，目前相关技术已经应用在我国一些尖端领域。
　　通过参与AMS项目,山东大学已经相继开发了10余项具有自主知识产权的先进传热技术。“如果没有参与AMS项目，这些技术的研发还需要相当长的时间，甚至是今后一个时期也很难自主研发出来。”宋继伟博士说。
　　这些技术孕育着巨大的产业化潜力。作为项目产生的最具代表性、最具实用性的典型成果,山东大学研制的新型环路热管,其性能达到目前世界上最优异的水平。该产品所蕴含的高精度热控制技术、环路热管技术和大功率热机械泵技术等,均居世界领先水平，对热能的高效利用起到重要作用。据了解，目前这一成果已经具有批量生产的能力，有着广阔的应用前景。“热管是目前已知的传热效率最高的传热元件,被广泛应用于新能源开发、电子芯片冷却、化工、动力、冶金、建材等领域的热量转换及回收。国内从上世纪80年代开始开发使用热管,目前产值在200亿元-300亿元之间。但应用于大规模集成电路、深冷、航空航天等领域的环路热管,以前仍然基本被美国等极少数国家垄断。”宋继伟博士说。

创新：理论研究突破是基础

    获得省科技最高奖，对于程林教授来说，可谓是实至名归。
　　早在参与AMS项目之前，程林教授就在换热器研究上取得了重要理论成果。
　　利用换热器传统设计中一直严格防止的流体诱导振动，程林教授化害为利，使流体诱导振动强化传热的同时，利用振动变形清除传热元件表面污垢，降低污垢热阻，形成了一种强化传热新方法和新理论。他发明的浮动盘管换热器在原理与结构上突破了传统的换热器设计模式，成为一种在国际上得到公认的换热器新形式。他还研究开发了弹性管束系列换热设备，建立了弹性管束换热器设计准则及应用规范，成为国家建筑标准设计，取得了巨大的社会与经济效益。他研究设计的热力集成机组，可在30%-150%负荷下持续高效工作，解决了在大规模城市集中供热中热负荷变化问题，节能效果显著。
　　程林教授还创立了一种换热器设计新方法，包容了不确定参数带来的偏差，能够完全确定一个由多目标优化的换热器结构参数，完成了以场协同为目标的换热器热力设计平台；提出了热传递过程的最小热阻原理，对减少热能转换损失、提高能量利用效率、产生规模节能效益具有重要的理论意义与应用价值。
　　没有基础理论研究的突破，就没有应用成果的原始创新。程林团队的成功，源于应用基础理论的重大突破。这，也是丁肇中邀请程林教授参与AMS项目的主要因素。他和他的团队在AMS项目上的表现，也进一步证明了这一点。