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    AMS—TTCS项目团队:共奏大科学与高技术的雄伟交响 - 中山大学新
    信息来源:未知  ‖  发稿作者:admin   ‖  发布时间:2018-12-31 17:23  ‖  查看次  ‖  
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      AMS—TTCS项目团队:共奏大科学与高技术的雄伟交响 - 中山大学新闻网 AMS—TTCS项目团队:共奏大科学与高技术的雄伟交响 专访中山大学 AMS— TTCS项目团队 稿件来源:校报2011-06-12第253期

       作者:宣传部

       编辑:

       发布日期:2011-07-12

       阅读次数: TTCS项目团队简介:中大TTCS项目包括热控系统、电子系统和计算仿真子系统,分为热工实验组(下简称热工组)、热工模拟与设计组、电子组和机械组,分别由物理科学与工程技术学院、工学院、化学与化学工程学院和信息科技学院的教授及其团队承担,共有23位老师和57位学生参与进来。其中,中山大学校长许宁生院士担任项目总负责人,理工学院的何振辉教授担任技术总负责人,工学院的郭开华教授、化学院的吕树申教授、信科院的倪江群教授和理工学院的祁新梅副教授分别担任各组组长。日前,本报记者陆续采访了多位项目骨干成员,为您讲述TTCS项目背后他们难忘的经历和独特感悟。 何振辉:“对中大来说,这是一个难得的机会。”何振辉:物理科学与工程技术学院教授,博士生导师,空间技术中心主任;主要研究方向为两相回路热控系统及其应用,纳米信息功能薄膜,热管理材料。谈起TTCS项目,何老师认真地说:“中山大学参加AMS计划,是站在了一个大科学、高技术的汇点,我们要完成的不仅是TTCS这个工程性质很强的任务,我们更看重的是将来在基础物理研究上的新发现。黄华华省长在瑞士访问的时候再次提到,我们广东省在这个项目中投入这么多,并不是要急于得到经济上的快速回报,而是要让科学家做好学科研究,期待学科的重大突破。可以看出黄省长一直是高瞻远瞩来看这个项目的;学校黄校长、许校长也是这样,着眼于中山大学空间科学的长远发展,看好将来在基础研究的突破。为此,我们先后送了三位博士生出国,在高能粒子物理领域进行联合培养,为日后的AMS物理研究做人才培养的铺垫。在TTCS项目的实施过程中,中美两国航天热控方面的顶级专家能坐在一起面对面交流讨论,这在以前是从来没有过的。可见,无论是对中山大学的学科发展、高技术积累还是对科研队伍的锻炼等方面来说,都是一个难得的机会。”对于这样一个难得的机会,中大又是如何把握住的呢?对此,何老师总结道:“这得益于我们学校的速度和效率。丁肇中先生03年10月份来访,我们10月底就派出队伍出去考察,04年1月就正式立项了,可以看出我们做事的效率是很高的。后来,我们的一些设备要拿到台湾加工,而那个时候去台湾的手续是很麻烦的,我们也用了很多办法,保证在效率上与国际接轨。对这一点,丁先生也有肯定。尽管后来AMS发射一波三折,遇到很大的困难和阻碍,但是我们始终没有动摇,按部就班进行我们的TTCS研发,原因就是看得准、有信心、抓得稳。”中国空间技术研究院的一位专家曾对何老师说,要开发并使用一个新的航天技术,一般需要十年时间,但TTCS在七年之内就完成了。而在这种高效的工作背后,是巨大的压力和不懈的努力,对此何老师深有体会:“TTCS项目是关于系统研发的工作,而系统包括很多部分,相应地具有多学科交叉的特点,如果仅单独拿出其中某一部分,也许并没有什么特别的,但是把它们集成在一起,TTCS就很有特色:世界上第一个应用于太空的机械泵驱动的两相流体回路。从个人的体会来讲,做系统与做专业研究不同:如果你有一个专业的新发现,那你可能就会发表一篇文章;但是做系统,我们不仅要关注创新的东西,还要兼顾系统的每一部分,因为如果某一部分过不了关,无论它是平凡的还是新的,这个系统就不可能工作。这也是锻炼我们的方面之一。航天技术还有一个特点,从原理上看很简单,但是需求限制多,比如可靠性、安全性、重量、空间,等等;需求越多,能够选择的方案就越少,难度就越大。另外,学科交叉也很重要,举个例子,我们在设计电路板的时候,电流输出那里需要一个滤波器,从负责采购原件的外方所提供的磁芯的资料里,我发现在控件箱所处的位置的磁场下,没有一个合适的,那些材料只能在近似于零磁场的环境下才能达到要求。我马上把分析发给外方,要求更换,他们很快就接受了。这得益于我做材料物理的底子。如果没有这种学科交叉的知识背景,问题有可能到后期才被发现,那么对研究会有很大的影响。”对TTCS这样一个大项目,如果没有一支优秀的团队和管理,是很难圆满完成任务的。对于国际上的项目管理,何老师打了个比方:“足球中有一种战术叫全攻全守,场上的所有队员按需要,既要进攻又要防守,我所感受到的丁教授团队管理,就是这种全攻全守型的管理。”作为团队技术总负责人,何老师对这个团队颇感自豪:“与国际接轨,我们的团队也要运用这种全攻全守的管理,每个队员都是以团队的胜负为目标,而非局限于个人;同时,一个团队要充分挖掘每个人的能力,用其所长。在学校的组织领导下,热工组组长郭开华老师很有经验,把握得比较全面。在谈判、实验室建设、装修、买仪器等工作上做出很大的贡献。模拟组组长吕树申老师是做计算传热学的,是最先知道SINDA-FLUINT这个软件,在日本工作时就联系美国公司购买这个软件;与中国航天科技集团公司的专家认识与合作,也是吕老师牵的线。电子组组长倪江群老师是我们第一批出去考察的老师中的一位,在项目启动时想了很多办法;值得提到的是,电子组的姜孝华老师在电子控制方面做了不可磨灭的贡献;机械组的负责人余世杰老师退休之后,祁新梅老师就接下来担任负责人。在这个团队中,研究生也工作在最前沿,是TTCS研制的骨干力量;比如电子组的王自鑫、唐承佩,模拟组的黄臻成和莫冬传,热工组的肖文佳和孙西辉,机械组的刁向红等,都做了很大贡献。总的来说,我们大家都是齐心协力,共同来把这个事情做好。”吕树申:“进行系统模拟必须充分考虑各种可能性,包括各种极限情况等,工作量非常大。” 吕树申:化学与化学工程学院教授,博士生导师。科研方向为新能源材料与技术、热系统设计、计算流体力学与传热学、低温保存与冷量储运技术。在TTCS项目中,吕树申老师负责的是系统模拟与设计。“模拟包括很多方面,如探讨各种轨道的温度分布,计算极限情况,比如遇到最热的情况要怎么处理,遇到最冷的情况又要怎么处理,还有,如果遇到紧急情况,空间站不能给AMS供电,那TTCS肯定就冻住了,冻住几天之后又开始供电,遇到这种情况又应该怎么处理呢?这些都是要考虑进来的。所以说,进行系统模拟必须充分考虑各种可能性,包括各种极限情况等,工作量非常大。我们的实验系统主要是要用到SINDA-FLUINT这个软件,这个软件是怎么回事呢?以上面说的极限情况为例,太空的空间站在运行过程中面向太阳与背靠太阳这两种情况的温差非常大,面向太阳的时候有一百多度,背靠太阳的时候大概是负七八十度。由于这种特殊情况,AMS上去空间站后,热的边界环境也很复杂,所以先要进行模拟,关于空间站NASA(National Aeronautics and Space Administration,美国国家航空航天局,简称NASA)有一个模型,他们的边界条件给我们以后,当作我们的边界条件,我们的这个小系统也进行模拟。”据吕老师介绍,进行模拟设计,常常要进行大量的计算。“由于设计这方面肯定不能出现原理性问题,所以在整个方案确定之前,我们要进行大量的计算,来证明这个方案的合理性。系统模拟与设计的工作始于2004年,经过好几年的讨论,最终方案才确定下来。举个例子来说,最初设计的系统有四个阀门,但是讨论了半年之后决定把这四个阀门去掉,那么整个方案改动就很大,原来计算过的数据都要重新再算一遍。”为了保证工作的万无一失,模拟与设计组也采取了很多办法。“在项目进行过程中,每个小件模拟设计完之后,我们都要做一个小试验,通过试验之后再扩大,这样一步一步推进整个工作。而且,进行模拟设计也要考虑工程机械强度等问题,在原理上、技术上不断推进,以符合其他技术要求。另外,由于做模拟一个人做比较容易出问题,就像设计计算机程序时,如果写错一句语言,一个人检查是很难看出来的,所以我们一般要求两三个人一起做,最后我再检查,相当于每次模型都有几个人把关,互相验证。”吕老师说。回想过去七年的工作,吕老师总结说:“这个项目对我们来说是一个很好的锻炼。首先是在国际合作上,我们看到了国外的科研管理是非常有条理的、高效率的,而我们能够真正融入其中,并把中国航天科技集团公司介绍进来,与NASA的专家一块来解决问题。因为我们有些部件是由北京卫星制造厂来做的,在制造的过程中NASA的专家会过来检查,这就使双方有一个交流的途径。其次是在科研态度上,丁肇中先生做事很认真,管理也很严,这给我们很多启发。另外,在技术上,我们也希望延伸一些新的技术,和科研相结合,希望有些东西能为我们国家的航天事业服务。” 倪江群:“信科院电子团队在较短时间内独立完成了所有原型件系统的设计、实现和测试。” 倪江群:信息科学与技术学院教授,博士生导师。研究方向为小波/FilterBank理论及其应用、多媒体信息处理和多媒体通信、数字水印和信息隐藏、数字电视系统、现代电信网络、3G/4G无线通信系统、嵌入式系统及应用。倪江群老师是TTCS项目中信息科技学院团队的负责人,主要负责TTCS项目中的电子控制系统,包括TTCS系统中的信号采集、通信、控制策略和算法、电力驱动和TTCS电源系统。“TTCS电子控制系统设计流程包括原型件、工程件和最后的航天级产品,我们团队独立完成其中原型件和工程件的设计和实现,参与了最后飞行件的测试。”在参与AMS—TTCS项目前,中大信科院团队在电子系统控制设计方面已经有了较为扎实的积累和经验,但如何设计航天级电子控制系统,包括航天级芯片和元器件的选择和测试、系统的冗余设计和保护、电磁兼容设计等,对团队来说仍是全新的考验。“在项目刚开始时,由于电子控制系统设计没有现成的需求和参考设计,AMS项目中已完成的电子系统设计又和TTCS电子系统差别较大,信科院电子团队在较短时间内独立完成了所有原型件系统的设计、实现和测试。以后的工程件和飞行件设计在很大程度上是基于原型件的改进。”倪老师说。倪老师告诉记者一件有趣的事。在TTCS电子系统进入工程件设计后,丁肇中教授指定其团队中来自MIT的科申柯博士领导TTCS电子系统设计,科申柯博士是AMS计算机硬件设计第一人,跟随丁教授多年,参与多项重大项目的电子系统设计,深得丁教授信任。“科申柯博士一开始对中大团队并不信任,只安排中大团队参与其设计电路的测试。在调试TTCS电子系统主控板TTEC电路时,科申柯博士设计的恒流源始终工作不正常,检查厂家提供的参考设计完全相同,更换多种元器件也无济于事。中大团队经过仔细分析,断定是厂家给出的参考设计中一款运算放大器有误,在去掉该运放后,恒流源工作正常,科申柯博士非常高兴,从此也彻底改变了对中大团队的看法,早上甚至主动开车搭载中大电子团队成员上下班。”总结参与项目的过程,倪老师高兴地说:“这段经历使我培养了自信、积累了经验,同时也锻炼和发挥了能力。正如许宁生校长指出的:学习和积累了丰富的大型国际合作项目研发和管理经验,锻炼和培养了承担国际最高水平研究项目的整体能力。”祁新梅:“设计改了十几次,重复工作也做了很多。”祁新梅:物理科学与工程技术学院副教授,研究方向为产品3D数字化建模及仿真分析(CAD/ CAE),基于智能材料的微小型机器人系统及仿生机器人。祁新梅老师在TTCS项目中承担的工作主要包括系统结构的设计和制造、结构分析及安全分析两个部分。“设计和制造方面主要是跟合作方协调,设计具体结构,然后画出具体工程图,和制造单位协调,制作出来。结构分析和安全分析主要是分析TTCS的总体结构和零部件结构在一定的载荷下是否满足强度和刚度的要求,系统联接部分在发射时是否符合航天的安全要求。”祁老师坦言:“刚开始的时候,压力非常大。因为中山大学没有我承担的这部分工作的对口专业,和国外的几家合作单位最初的合作也不是特别顺利,需要的资料来自不同的方面,花在协调方面的时间很多,工程的标准又都是美国的,而且每次在日内瓦召开AMS项目协调技术交流会(TechnologyInterexchangeMeeting,以下简称TIM)回来,任务又是有时间限制的,很怕做不完或者做不对。每次做完一次设计和分析都要很认真地检查几次。有一次在TIM大会上,丁先生在主席台上问我三个月到底能不能完成,我当时很慌张,心里也没有底,犹豫了一会儿,只能咬咬牙说‘可以’。当时一切工作以这个任务为中心,何振辉老师也非常重视,专门从力学系要来学生帮忙,大家一起加班加点。再有就是这个过程中,设计改了十几次,重复工作也做了很多。最初的几年很不容易,经过大家不断的协调和努力,后来就比较顺利了。”回首过去七年,祁老师总结道:“首先是培养了坚持和极力争取的精神。AMS上天的过程一波三折,但是经过极力争取,最后我们终于看到AMS升上了天空。另外就是学会了怎么在这种大型的国际合作中和多个国家多个单位的人进行技术协调和项目管理,这是我以前没有过的经历,我自己感觉做得也不错,这些是我终生的财富。感谢中山大学给了我这样一个参加TTCS的机会。” 黄臻成:“我发现了冷凝器的结冰问题。”黄臻成:物理科学与工程技术学院师资博士后。 黄臻成老师是最早一批加入TTCS项目的学生中的一个,那时他还是何振辉老师的研究生。在参与TTCS项目的过程中,令黄老师印象颇深的是冷凝器的结冰问题。“冷凝器的最初设计是荷兰方面提出来的,郭开华老师对这个设计耐压方面的问题提出质疑,后来荷兰方面重新设计,但我在做模拟的时候,发现冷凝器可能存在结冰的问题,也是这个问题的发现,最后导致整个系统在控制、加热方式上做出改变。”对黄老师来说,参与TTCS项目不仅使他在科研与技术上得到提高,同时也培养了他的自信心。“2006年何老师跟我说,跟我们合作的荷兰航天局有一个热学模型要分析,何老师告诉我,如果我能把这个模型做出来,就派我去意大利。因为我本科的时候是跟着何老师做静磁的模拟。那次大概花了一个月的时间把这个模型做出来,当时这个模型是NASA指定的,没有中文版,是一个新的东西。所以这个过程对我来说也是一种很重要的自信心的积累。”记者手记:对AMS—TTCS这样一个大项目来说,需要记录的东西还有很多很多,七年的项目攻关长跑中多少压力,多少艰辛,多少迎难而上的坚持与大功告成的喜悦,或许只有亲历其中的人才能体会。据何老师介绍,在TTCS的四个小组中,热工组是人数最多、工作持续时间最长、工作量最大的一个小组。“热工组主要负责实验,搭实验室、装修、采购设备、搭试验台、地面支撑技术,比如冲灌,等等,TTCS的所有功能性试验都是热工组在珠海实验室做的,而且也做得非常好;其中的冲灌技术也很有特色,最后飞行件的冲灌也是派热工组的学生去瑞士完成的。另外,热工组也有部分验证实验是我们派学生到意大利、瑞士、荷兰去做的。” 自5月19日AMS成功地转移到国际空间站以来,TTCS运行正常,目前更多的测试仍在进行中,让我们共同期待TTCS更多佳音的传来,预祝TTCS圆满成功!



                  
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