低温平台吴静怡教授主持项目获上海市科技进步一等奖

    3月22日，上海市人民政府召开了2016年度上海市科学技术奖励大会，隆重表彰为上海科技创新事业和经济社会发展作出突出贡献的科技工作者。由上海市低温技术服务平台吴静怡教授主持的“航天器热环境模拟试验系统关键技术及核心装备项目”荣获上海市科技进步一等奖。该项目由上海交通大学、上海宇航系统工程研究所、苏州元华气体设备有限公司共同合作完成。其中低温平台共同获奖人还有王如竹、黄永华、许煜雄、蔡爱峰、徐烈、陆紫生。

    该项目属于航天技术领域。热环境模拟试验是预先暴露和排除航天器故障的必备技术手段，掌握核心技术自主研发超大型航天器热环境模拟试验装备，是我国新一代航天器飞跃发展的迫切需要。该项目历经近20年，在国家多个航天重点型号研制项目的持续支持下，攻克了高低温交变、高变温速率、大温差和大占位空间等技术难题，取得了极端温区热环境模拟试验箱绝热与密封技术、大型箱体及微重力吊挂结构热变形控制技术、超大空间温度场均匀性和超低露点实现技术成果。该项目取得发明专利20项，发表研究论文25篇，在数十次航天产品试验中获得应用，为国家多个重大工程航天器顺利发射升空和平稳在轨运行提供了保障。

   热环境模拟试验是预先暴露和排除航天器故障的必备技术手段。掌握核心技术、自主研发超大型航天器热环境模拟试验装备，是我国新一代航天器飞跃发展的迫切需要。近二十年，在国家多个航天重点型号研制项目的持续支持下，攻克了高低温交变、高变温速率、大温差和大占位空间等技术难题，形成以下核心技术：
   1．极端温区热环境模拟试验箱绝热与密封技术: 针对-205～100℃常压高低温试验室及1.8K绝热输液管与环境存在巨大温差问题，本成果采用创新的变密度真空多层绝热优化配置方法，大大提高绝热效率，使等效导热系数下降44%；在明确超流氦流动传热机理的基础上，采用同轴嵌套式回气冷屏技术，实现超流氦输液管低至0.9W/m的漏热率，解决了长距离绝热输送问题；采用嵌套波纹管和柔性间隔屏新型门封结构，实现了低导热与气体阻断，联合冷屏屏蔽与搭接技术，使得高低温试验容器的壁面漏热达到4W/m²以下。
   2．大型箱体及微重力吊挂结构热变形控制技术: 针对热变形量达±75mm、承压达400Pa的超大型高低温箱体，进行了承载强度、结构稳定性、微重力模拟精度、建造与运行费用等多目标优化，通过力学与热学分析，确定了系列创新结构：采用外框架作为箱体内部吊挂的主承载结构，发明内、外框架独立承载且柔性耦合连接方式，实现了内壁面垂直方向的自由伸缩；采用内框架方钢开槽、波浪形壁面等结构，实现了内壁面水平方向的热变形补偿；采用薄壁吊杆群连接外框架与箱体内数个转接框架为主体的微重力模拟吊挂机构，为其提供了稳定热边界，弱化了高低温条件的影响，使其变形量减小了97.4%。
   3．超大空间温度场均匀性和超低露点实现技术: 空间尺寸和温度范围的增大给系统中气流组织的可控性大幅增大难度。本成果发明了基于液氮/冷氦双介质耦合热沉的深低温模拟舱冷却结构及充分利用液氮全热的创新循环流程。在原理性模化实验基础上，优化并验证了强浮升力-瑞利数大于1012条件下的耦合湍流混合对流模型，揭示了高低温环境下大空间混合对流气流控制规律和热湿传递机理。创新性地提出了以能量利用效率和热质传递效率最大化、温度均匀度最佳化为目标的气流组织设计方法，实现了±3℃的高温度均匀性、大于3℃/min的高变温速率及-50℃超低露点温度。
项目创新研制出-120℃～+170℃、1600m³超大空间和-205℃～+100℃、8 m³深低温两套热环境模拟系统及1.8K超流氦加注系统，使我国首次具备了开展超大型航天器热环境试验条件。这些装备在CE-3月球车移动分系统、××A/B星SAR天线、××B星太阳电池阵、天宫问天大型伸展机构、CE-5轨道器舱段等航天产品试验中获得应用，为国家多个重大工程航天器顺利发射升空和平稳在轨运行提供了保障。项目获发明专利20项，发表论文25篇，建成上海市低温技术与测试应用公共服务平台，培养了一支具有自主创新能力的研发队伍，形成了我国航天热环境模拟试验系统核心装备独立设计和研制能力。