揭秘“地面空間站”：如何把地球磁層裝到一個“真空罐”里？

新華社 2024-06-06 16:23:40

新華社哈爾濱6月6日電位于黑龍江省哈爾濱市的空間環(huán)境地面模擬裝置，有著“地面空間站”之稱，它由哈爾濱工業(yè)大學負責建設，目的非常明確——讓很多本來需要上太空才能進行的實驗，在地面也可完成。

哈爾濱工業(yè)大學空間環(huán)境與物質科學研究院院長、該裝置常務副總設計師李立毅介紹，“地面空間站”由8大系統(tǒng)構成，可以模擬真空、高低溫、粒子輻照、電磁輻射、磁場、中性氣體、等離子體、碎片粉塵、微重力等9大類空間環(huán)境因素。其中，一個形似巨型易拉罐的密閉罐，就是空間等離子體實驗裝置。

這是空間環(huán)境地面模擬裝置中的空間等離子體實驗裝置（6月1日攝）。新華社記者楊思琪攝

“這個實驗裝置相當于3層樓高，直徑約5米，”哈爾濱工業(yè)大學空間環(huán)境與物質科學研究院副院長鄂鵬說，它的設計原理就是將地球與太陽之間的地球磁場裝到一個“真空罐”里，以此來建立一個空間等離子體的物理模型，將地球大氣層以外的環(huán)境“搬”進艙內。

“宇宙中到處分布著等離子體，太陽、星云、極光等都是等離子體。”哈爾濱工業(yè)大學空間等離子體物理研究室主任金成剛說，通常情況下，等離子體是比較溫和的，但當發(fā)生太陽風暴時，它會“變身”成為高能、高速粒子，像海嘯一樣撲向地球環(huán)境，對運行中的航天器產生巨大威脅。

通過近十年研發(fā)，研究團隊憑借關鍵技術，在地面上模擬出太陽風暴產生的過程，可以為空間天氣預報模型提供支撐，還能模擬航天器進入大氣層時產生的動態(tài)等離子體鞘套，為解決“黑障”問題提供借鑒。

這是空間環(huán)境地面模擬裝置中的空間磁環(huán)境科學裝置（6月1日攝）。新華社記者楊思琪攝

與這一裝置類似，在一個高約15米的空間磁環(huán)境科學裝置里，藏著一個接近零磁的空間環(huán)境。作為團隊骨干，哈爾濱工業(yè)大學“90后”教師孫芝茵從讀博時就專注于零磁空間環(huán)境的科研和建設。在導師帶領下，她創(chuàng)新提出消除磁屏蔽材料自身磁特性的方法。

外太空磁場極其微弱，地球磁場是外太空磁場的近50萬倍。“我們便想出一個‘套娃’式磁屏蔽設計方案，也就是利用七層電磁屏蔽材料層層包裹，從而屏蔽外界環(huán)境的磁場干擾。”孫芝茵說，這一裝置能以極高的靈敏度，捕捉到很多在地磁環(huán)境下無法測量的微弱磁場信號，甚至可以精準捕捉到腦磁和心磁信號，可應用于腦科學、生物電磁信息等領域的研究與分析。