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天宫二号综合材料实验装置 -
该项目属于空间材料科学领域，相关技术涉及机电热一体化自动控制、航天应用和材料科学的交叉学科。 在太空微重力环境下，对流与沉降等物理效应消失，有助于探索材料形成过程中的本征规律，发现新现象，获得高质量、高性能材料或开发新材料。近年来空间材料科学成为各航天大国抢占的技术高地之一，美国、俄罗斯、欧洲等开发出系列的先进材料实验装备，开展了几千次空间实验。中国的航天计划也高度重视材料研究，多次开展空间材料实验，但前期研制的实间实验装置功能单一，难以满足多种类样品、实验时间长、参数精确调控等新需求。 该项目在天宫二号对载荷体积、质量与功率的苛刻限制条件下，自主设计和研制出中国新一代综合材料实验装置，发展了双温场调控、航天员人机工效和热物性测量新功能，在高效保温、高精度控温及低速样品移动技术上取得跨越式进步，实现多工位样品在轨实验的全自动控制，全面超越前期的装置。 在天宫二号上，该装置完成了18种材料样品的高温实验，这是中国单次空间飞行任务中材料数量和种类最多的一次，也是实验时间最长、取得圆满成功的一次空间材料实验任务。期间，航天员对该装置进行了两次更换样品操作，并将实验后的样品带回地面。返回的样品结构完好，样品分析后均获得有价值的科学成果。 该项目的主要创新点如下： (1)突破了空间苛刻资源条件下的高效加热实验技术：发明螺旋式内绕加热技术，结合多项节能设计，开发出国际上首台可同时在大气和真空下可靠工作的发热结构，突破轻小型、低功耗、低壳温的高温加热核心技术，达到国际上同类装置中的最高加热能效比。还发明一种航天器载荷实验流程控制方法，在多种样品热负载以及多种环境差异化较大的条件下实现高稳定度的温度控制，在国际上首次实现高温加热装置的空间温场实际测量。 (2)首次实现中国航天员在轨参与空间高温科学实验操作：基于空间实验室空间狭小、微重力环境下操作难度大、操作时间窗口短等限制条件，发明用于空间材料实验旋转运动自动解锁技术，攻克兼顾运动机构抗冲击震动、机械灵活运动与方便操作的关键难题，提出合盖凸台、色环标识等原创性设计，实现了航天员参与高温实验操作，这是中国首套支持航天员参与实验的空间材料实验装置。 (3)研发了高可靠通用型样品安瓿设计技术：提出具备弹性支撑的紧凑结构、兼容抗冲击振动与高温热相容性，结合内表面发黑薄壁套管等多层复合结构的集成创新设计，研制出国内首套同时满足高安全可靠性、人机工效要求和多类别材料实验需求的通用型样品安瓿。 该项目获中国专利授权17项，颁布国家标准1项，报批国家标准2项。 该项目是中国空间材料科学发展中“承上启下”的关键一环，代表在该领域的最高技术水平，极大推动了材料科学的基础研究和学科发展。实验装置的机、电、热接口通用性强，相关技术在实践十号卫星和地面的定向凝固装置中得到推广，并已应用于中国载人空间站高温材料科学实验系统的研制中。
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