揭秘“地面空间站”：如何把地球磁层装到一个“真空罐”里？

新华社 2024-06-06 16:23:40

新华社哈尔滨6月6日电位于黑龙江省哈尔滨市的空间环境地面模拟装置，有着“地面空间站”之称，它由哈尔滨工业大学负责建设，目的非常明确——让很多本来需要上太空才能进行的实验，在地面也可完成。

哈尔滨工业大学空间环境与物质科学研究院院长、该装置常务副总设计师李立毅介绍，“地面空间站”由8大系统构成，可以模拟真空、高低温、粒子辐照、电磁辐射、磁场、中性气体、等离子体、碎片粉尘、微重力等9大类空间环境因素。其中，一个形似巨型易拉罐的密闭罐，就是空间等离子体实验装置。

这是空间环境地面模拟装置中的空间等离子体实验装置（6月1日摄）。新华社记者杨思琪摄

“这个实验装置相当于3层楼高，直径约5米，”哈尔滨工业大学空间环境与物质科学研究院副院长鄂鹏说，它的设计原理就是将地球与太阳之间的地球磁场装到一个“真空罐”里，以此来建立一个空间等离子体的物理模型，将地球大气层以外的环境“搬”进舱内。

“宇宙中到处分布着等离子体，太阳、星云、极光等都是等离子体。”哈尔滨工业大学空间等离子体物理研究室主任金成刚说，通常情况下，等离子体是比较温和的，但当发生太阳风暴时，它会“变身”成为高能、高速粒子，像海啸一样扑向地球环境，对运行中的航天器产生巨大威胁。

通过近十年研发，研究团队凭借关键技术，在地面上模拟出太阳风暴产生的过程，可以为空间天气预报模型提供支撑，还能模拟航天器进入大气层时产生的动态等离子体鞘套，为解决“黑障”问题提供借鉴。

这是空间环境地面模拟装置中的空间磁环境科学装置（6月1日摄）。新华社记者杨思琪摄

与这一装置类似，在一个高约15米的空间磁环境科学装置里，藏着一个接近零磁的空间环境。作为团队骨干，哈尔滨工业大学“90后”教师孙芝茵从读博时就专注于零磁空间环境的科研和建设。在导师带领下，她创新提出消除磁屏蔽材料自身磁特性的方法。

外太空磁场极其微弱，地球磁场是外太空磁场的近50万倍。“我们便想出一个‘套娃’式磁屏蔽设计方案，也就是利用七层电磁屏蔽材料层层包裹，从而屏蔽外界环境的磁场干扰。”孙芝茵说，这一装置能以极高的灵敏度，捕捉到很多在地磁环境下无法测量的微弱磁场信号，甚至可以精准捕捉到脑磁和心磁信号，可应用于脑科学、生物电磁信息等领域的研究与分析。