您的当前位置：恶性青光眼 > 疾病体现 > 这东东美国搞了多年没有成功，嘿嘿，我们成
这东东美国搞了多年没有成功，嘿嘿，我们成
《西游记》中，孙悟空被太上老君放在八卦炉中炼了七七四十九日，炼成个金子心肝，银子肺腑，铜头铁背，火眼金睛。这熬炼泼猴的八卦炉内有四大天火之一的六丁神火，乃是太上老君炼丹制宝时所用的无上宝物。西游中大部分顶级装备（比如金箍棒、九齿钉耙和紫金铃）都出自八卦炉。
天上的炉子从未掉落凡间，炼丹制宝的秘密也未从天庭泄露，而今，人间的“炉子”却要上天，这是个啥炉子？为何要上天呢？和太上老君八卦炉相比，它又有什么优势？
接下来岸芷金兰给大家科普一下“天宫二号”这个神奇的“炉子”。
实验装置是什么？
中秋夜上天的这个炉子就是工程人员历经三年多的攻关，专门研制的一套综合材料实验装置（简称“实验装置”）。
这套实验装置将随着发射的“天宫二号”空间实验室进入太空，开展科学实验。
这套实验装置由“材料实验炉”（简称“炉子”）、“材料电控箱”和“材料样品工具袋”三个单机构成。整个装置共约27.6kg重，最大功耗不到W（而一般电水壶的功率也要～W），相当于2个W白炽灯，却能实现真空环境下最高℃的炉膛温度，是不是令人惊叹？
这可是研制人员花费了极大心血才得来的“高效”啊！
而且这套多功能的通用型材料科学实验装置在本次空间实验中，准备了共计18个样品材料，其中包括12个实验样品、6个热物性测量样品，真可谓能者多劳，一炉多用！
它是怎么工作的？
把炉体拆开来看，里边有2个部分——加热炉单元和样品管理单元。
整个结构非常类似于左轮手枪，加热炉单元具有一个直径18毫米的炉膛，像是左轮手枪的“枪管”，这个枪管中最高可加热到℃的高温，空间材料的制备和处理就是在这个高温“枪管”中完成的。
通过控制“枪管”中的温度，可实现材料的熔化和凝固，从而在空间微重力条件下制备出地面难以合成的高质量材料。
样品管理单元的核心是存储样品的“样品管理仓”。
样品管理仓类似于左轮手枪的“弹夹”，它一次能够装6颗“子弹”，即能够完成六种材料样品的高温制备和处理。
当其中某个样品需要进行生长时，就将该样品的料舱对准“枪管”并慢慢将“子弹”推进“枪管”中，然后枪管加热到高温，按预定工艺实现这个工位所装样品的生长。
这套装置的提拉速度，也就是“子弹”在“枪管”中的运动速度，可以控制在每小时0.5毫米到毫米，最大的移动距离是毫米。
以这种形式完成一个样品的高温实验后，可以把该样品退回到它所在的“弹夹”中，然后如左轮手枪那样，转动弹夹使得第二个样品料舱到位并将样品送进“枪管”中进行实验，这样可依次完成6个料舱中的样品实验。上述的“弹夹”转位、样品输送、“枪管”加热等一系列动作，均由“材料电控箱”发号施令完成。
“材料电控箱”是这套装置的“大脑”，由许多的元器件及集成电路构成，而这些构件又可以看作是“脑细胞”，也分别具有不同的功能。
“材料电控箱”不但控制着材料实验炉的所有功能和动作，还负责与外界的信息传输和交流，实验装置的供电、实验数据向地面的传输均是通过这个“大脑”与平台的联系来完成的。
讲到这里，实验装置是什么样的，它是怎么工作的，想必大家都清楚了。那可能有细心的读者会提出疑问，“材料样品工具袋”是干什么的呢？另外，为什么“弹夹”中“子弹”的个数（6个）要比我们介绍的实验样品数量（18种）少呢？
“材料样品工具袋”，顾名思义，就是用来装材料样品的，内装有12只安瓿（安瓿是一种密封的样品管），内含需要制备或测试的材料。而由于空间资源的限制，“弹夹”不能想做多大做多大。那么怎么办呢？这就需要我们的航天员出场了。
航天员做什么呢？
“天宫二号”在轨飞行实验期间，驻守的航天员将对材料实验炉进行开盖换样操作，这将是我国首次实现空间材料实验的航天员在轨操作。
具体怎么做的呢？
原来18个样品是分三批次进行实验的，每批次进行6个。
第一批次6个样品随炉子一起发射升空后直接开展实验，之后由航天员进行炉子开盖换样品操作，将实验后的样品取出放入样品工具袋，接着将第二批次的样品放入材料实验炉内，等第二批实验完成后，再由航天员换上第三批次的样品，并将前两批完成的实验样品装入材料样品工具袋，带回地面，供科学家研究。
那么航天员在轨具体是怎么操作的呢？
航天员操作“炉子”
“炉子”操作演示
上天的炉子，亮点在哪里？
“有了金刚钻，才能揽下瓷器活”。
这次上天的18个材料样品，每个材料对实验装置的要求都各不相同，针对众多材料样品提出的关于温场模式、合成工艺控制等方面的新需求，综合材料实验装置引入了多项具有自主知识产权的创新技术。
在保温设计上，采用中科院上海硅酸盐所专利技术，利用自行研发的高密度螺旋盘式内绕法对样品直接加热，既提高了能源利用效率，也方便了加热炉的温场设计。
为了使炉子通电产生的热量牢牢地束缚在炉膛内，该实验炉采用了多层复合结构、高效辐射隔热屏以及上海硅酸盐所自行研制的特种无机涂层材料等技术手段，从而在加热单元只有不足一尺长的空间限制条件下，可实现将炉膛加热到近一千摄氏度的高温。
该温度足以将玻璃或银条熔化掉，而功耗却仅相当于两个W瓦的白炽灯的功耗。同时，炉子外壁的温度仅几十摄氏度，接近于人体温度。
与以往上天的炉子相比，它有什么改进？
本次的“炉子”整体功能和性能较我国前期的“炉子”有了较大的提高，主要体现在：
（1）采用多个加热器组合的方式，涵盖了不同类型的温场工作模式，还提高了可靠性；
（2）设计寿命比之前的提高了一个数量级；
（3）一次实验的样品数量达到18支，比过去的翻了3翻，可以满足更多种类材料样品的空间制备实验需求。
此外，本次加热炉单元本身设置了多达18个温度传感器，这些传感器遍布在炉体的上、下、内、外，可以全方位地对炉子各点的温度进行有效监控，该项功能是目前国内外其他空间高温材料实验装置所不具有的，为空间高温实验设备温场及空间高温传热特性的深入研究开辟了先河。
实验相关单位
综合材料实验装置由中科院上海硅酸盐研究所牵头，联合中科院国家空间科学中心，中科院兰州技术物理研究所共同承制。
其中上海硅酸盐所作为项目牵头单位负责实验装置整机研制，同时承担材料实验炉中加热炉单元和材料样品工作袋的研制，国家空间科学中心承担“材料电控箱”的研制，兰州技术物理研究所承担材料实验炉中真空室和样品管理单元的研制。
上述的“弹夹”转位、样品输送、“枪管”加热等一系列动作，均由“材料电控箱”发号施令完成。
第一批次6个样品随炉子一起发射升空后直接开展实验，之后由航天员进行炉子开盖换样品操作，将实验后的样品取出放入样品工具袋，接着将第二批次的样品放入材料实验炉内，等第二批实验完成后，再由航天员换上第三批次的样品，并将前两批完成的实验样品装入材料样品工具袋，带回地面，供科学家研究。
“天宫二号”系列科普：
“天宫二号”三维成像微波高度计是国际上第一次实现宽刈幅海面高度测量并能进行三维成像的微波高度计。它采用小角度、高精度干涉测量技术，能精确获得海面的干涉条纹信息，进而获得三维海面形态，再经过复杂的定标最终获得宽刈幅范围内的海平面高度测量。
为啥要用微波高度计测海？
浩瀚而又神秘的海洋是人类最大的资源宝库，蕴藏极为丰富的生物、化学、矿产资源和能源，是人类扩大生存空间、推动经济发展的重要领域。
相对于陆地而言，占地球表面积71%的海洋拥有全球97%的水量，是自然界水循环的重要组成部分，并对地球上的气候、水文生态环境有着极其重要的影响。
海洋虽然蕴藏着可促进人类社会发展的巨大宝藏，但也是很多重大自然灾害发生的源头。
海洋灾害的发生，往往伴随着海洋环境的异常变化，例如局部海洋区域的海面高度和海面温度的异常升高。
而海面高度的异常升高，例如“厄尔尼诺现象”，幅度仅为分米级，只有微波高度计能够敏锐地捕捉到这种细微的变化，同时还需要去除赤潮、海啸和风暴潮的干扰。
因此，人类只有深刻地、清晰地了解海洋环境的安全性，才能真正的开发和使用海洋资源。
微波高度计项目的实施可为研究全球的海洋动力环境（包括海平面高度，海面风浪和洋流）提供直接的科学观测数据，同时也为全球能量交换、气候变化的研究提供不可或缺的科学依据。
根据高度计观测获得的平均海平面图
根据高度计观测得到的飓风热势场
微波高度计有什么功能？
这里，我们以海平面高度和海洋水深测量为例来说明微波高度计的功能。
海平面高度
海平面高度是最基本的海洋水文参数之一，与全球水循环关系最为密切。
海面异常升降是指海平面高度超常规的上升、下降的现象。由于潮汐作用、气候变化、海水热容量变化、地球自转速度变化等原因，海面始终处于复杂的升降变化之中。
如果升降幅度较小，或者按照一定的周期发生有规律的升降变化，则属于“正常”升降活动，一般不会引发自然灾害。相反，如果发生大幅度的异常变化，则往往会给人类社会造成危害，例如海啸、风暴潮等。
除这些突发性的海面异常升降外，实际中还会发生长期的趋势性海面上升或下降，这也有可能对人类社会产生严重危害。
例如海面如果持续上升，不但会加剧风暴潮灾害，还会改变沿海地区的自然地理和生态环境，使广大低海拔地区出现被海水浸没的危险，可能引发世界范围的重大环境问题。
导致海面高度异常变化的主要因素包括：自然原因和“温室效应”造成的气候变化；由构造运动和地面沉降活动引起的滨海陆地升降；冰川消融以及河流入海水量变化。
根据NASA/CNES合作的TOPEX/Poseidon卫星以及Jason-1卫星高度计在-8年为期16年的观测结果，而获得的全球海平面升高情况（单位为mm）(由UniversityofColorado提供)海洋水深
全球的海洋水下环境十分复杂，有不同高度的海山和不同深浅的海沟，海底呈现复杂的地形特征，对水下环境的掌握对保障航海安全至关重要。
海洋水下环境往往可反映到海平面的变化上，因此微波高度计担当的另一个重任就是对海洋的水深进行测量，进而反演海底地形，它是实现海洋测绘的重要技术手段之一。
由高度计观测数据得到海底地形测量的处理过程
天宫二号微波高度计有多先进？
相比于传统海洋高度计的观测刈幅仅为几公里，天宫二号微波高度计的观测刈幅达到几十公里，观测效率和性能得到了极大的提升，进而可提高对海洋环境的监测效率和对海洋灾害预报的能力。
国际上已经发射和将要发射的微波高度计卫星（点击图片可放大查看）
“天宫二号”高度计将成为国际上第一个实现宽刈幅高精度三维海洋观测的微波高度计。
它的成功在轨运行，将是我国星载微波遥感技术的一次重大突破，可为我国新一代的海洋动力环境观测卫星提供达到国际先进水平的微波载荷。
“天宫二号”高度计也是国际上第三个星载双天线微波干涉雷达（第一个为0年美国NASA开展的奋进号航天飞机SRTM的干涉SAR，第二个为年6月欧空局发射升空的CryoSAT/SIRAL）。
天宫二号微波高度计怎样工作？
“天宫二号”微波高度计的工作原理如下图所示。
天宫二号高度计观测示意图
利用小入射角、一发双收的双天线和双通道接收机获取高相干海面回波，利用高度计的高精度干涉相位测量能力以及波形跟踪能力，精确获得宽刈幅范围内描述海面高度的干涉相位信息，通过对干涉相位进行处理精确恢复高度计双天线相位中心与测量海面点的几何关系，从而确定平均海平面的高度值。
我们可以模拟“天宫二号”高度计在轨获得的海面干涉条纹图，经过反演得到三维海面图。
从三维海面图中，我们可以进一步得到海平面高度和海面浪高的测量结果。
高度计所获得海面干涉条纹图（模拟）
经过反演得到的三维海面图（模拟）
传统海洋微波高度计在海洋观测中只能获得星下点3km左右观测的范围，即获得沿轨迹方向星下点的一维海平面高度测量，“天宫二号”微波高度计在三维海洋表面观测方面比传统高度计幅宽提高10倍，极大提高了观测效率，所获取的观测数据，对于研究全球的海洋动力环境（包括海平面高度，海面风浪和洋流）具有非常重要的作用。
天宫二号微波高度计如何组成？
“天宫二号”三维成像微波高度计由双天线、双前端、双接收机、双功率放大器功放、发射机、频综器、数控单元以及电源等12台单机组成。
其中，天线采用波导缝隙阵列天线形式，是我国目前在Ku波段同类天线整体加工焊接尺寸较大的天线。Ku波段的大功率固态功放也是我国在该波段W量级功放的首次星载应用。
天宫二号高度计大功率固态功率放大器
高度计天线安装位置示意图
由谁设计和研制？
“天宫二号”微波高度计的设计和研制工作由中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术院重点实验室姜景山院士担任首席科学家、张云华研究员担任主任设计师的团队完成。
研制工作得到了中电科技集团第55所、成都天箭科技有限公司、航天科技所和航天科工23所得大力协作和支持，也得到了中科院空间应用工程与技术中心的重要技术支持。
笔者是一名金融分析师，长期从事现货投资研究，在金、银、油等方面有深入研究，有丰富的理财经验和成熟的管理模式，操盘经验丰富，成功的帮助了无数投资人，我们追求的是共赢。专业成就品质，实力铸就辉煌。实时在线指导V亻言：yuxuanzj(长按可复制),欢迎你的加入。
