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  如歌岁月

阿尔法磁谱仪(AMS-1)永磁体的研制往事/孙广生
作者:孙广生  日期:2007-02-14     【背景色 杏仁黄 秋叶褐 胭脂红 芥末绿 天蓝 雪青 灰 银河白(默认色) 】  【字体:
 

1998 6 3 日清晨,中央电视台从美国佛罗里达肯尼迪发射中心直播发现号航天飞机搭载阿尔法磁谱仪(AMS1)升空试验。从直播开始到结束,我们全家人都守候在电视机前,全神贯注,焦急又忐忑不安地等待着航天飞机发射那一激动人心的时刻。由世界着名物理学家、诺贝尔奖金获得者丁肇中先生领导的AMS国际科研计划的科学目标是寻找宇宙中的反物质和暗物质,探索宇宙的成因,具有重大科学意义。AMS1的成功升空试验,揭开人类到太空寻找反物质科学试验序幕。
也许很多人不知道,AMS1的最关键部件永磁磁体是由中国科学院电工研究所研制的。电工所从上世纪70年代开始进行永磁电机及永磁磁场数值分析技术的研究,开展了永磁磁场有限元数值计算。1985年研制成功我国首台用于数控机床的永磁直流伺服电机,定位精度8微米。1989年电工所研制成功“SP-15核磁共振成像系统”永磁磁体,该项目获中国科学院科技进步一等奖、国家科技进步二等奖。
丁肇中先生很早就从国外文献中获悉电工所从事永磁磁体的研究。 1994328首次来到电工所参观。与顾文琪副所长、夏平畴研究员等研讨了建造 AMS 磁体的设想。电工所夏平畴研究员提出了永磁磁体方案,该方案与丁肇中带来的俄罗斯方案相比,具有无铁(重量轻)、无漏磁、无二极矩及磁场均匀的优点,引起了丁先生的极大兴趣。经过多次研讨考查、磁场数值计算和模型试验,199410月丁肇中先生与顾文琪副所长签定备忘录, 确定AMS磁体由电工所设计研制,壳体由航天部一院完成,电工所编写AMS国际合作计划第四章“AMS磁体”(The AMS Maglet)。199568,丁肇中与顾文琪在美国正式签定了AMS磁体研制国际合作合同。
19958月电工所成立了AMS磁体研制领导小组,严陆光所长任组长,成员有顾文琪副所长、夏平畴(技术负责)、董增仁(工程指挥)和孙广生(国际合作)。在所直接领导下,电工所集中全所永磁领域的精兵强将,跨室优势组合成立AMS磁体研制的科技攻关队伍,并在此基础上,于19965月成立了新的永磁技术应用研究室(五室),夏平畴、董增仁为正副主任。经过近一年时间全体同志的共同努力、克服困难、加班加点、刻苦攻关,,AMS 磁体研制初战告捷。地面对照磁体于199666组装成功,并顺利通过振动、离心等航天环境试验,于11月运抵瑞士苏黎世,苏黎世高工(ETH)场图测试结果良好。
19969月,AMS国际合作计划的各国代表来到北京电工所,召开了一次极为重要的工作会议,会议的中心议题是提高磁体研制的质量,严格贯彻执行美国航空航天局(NASA)安全技术标准,以保证“发现号”航天飞机能够如期升空。会后美国NASA安全专家专程来华,对电工所、航天部一院研制AMS磁体的材料、工艺流程、质量检测逐一进行安全评估。电工所的科研体制与美国NASA苛刻质量安全要求之间的巨大反差,曾经一度使得电工所研制AMS磁体的形势变得十分严峻。为了与国际接轨,电工所改进了灌胶工艺,制定了规范的工艺流程和严格的质检大纲, 建立了所、室、组三级全面质量保证体系(TQC),所级质量捡查组长凌金福高工加入AMS领导小组。
1996106,严陆光所长主持召开AMS飞行磁体建造动员大会,电工所开始了研制AMS飞行磁体的决战。五室各级干部坚守岗位、尽职尽责、严格管理;全室同志团结一致、昼夜奋战、精心施工;兄弟研究室大力支援,所内职能部门全线绿灯,积极做好后勤保障,仅用了不到半年时间,电工所就研制出了人类历史上第一个用于太空科学实验的大型磁体,并如期于19973月底运抵瑞士。7月苏黎世高工(ETH)测量鉴定结论认为:飞行磁体定位准确,场图精度10Gs,大部分达到lGs水平,能够满足反质子探测和其他科学实验的需要。同年8月磁体静态模拟破坏试验的成功,使NASA对于AMS磁体飞行安全审查破例减少了1次提前通过,确保了199863阿尔法磁谱仪(AMS)首次升空试验成功。
 
AMS磁体采用新型高磁能积钕铁硼(NdFeB)永磁材料, 0.8m, 内径1.1m,外径1.4m, 重约1.9, 按圆周分成64条扇形磁棒, 装在航空铝制外壳的32个空格之中,相邻两条磁棒的磁化方向相差 5.625 度。每条磁棒由16个单元磁块组成, 每个单元约用52"×2"×1" NdFeB 标准磁块,总计使用标准磁块5500块。AMS 磁体具有重量轻, 磁场强, 漏磁少, 二极矩低的特点, 并能满足航天飞机、空间站对搭载物的各种严格要求。由于磁场强, 磁块之间存在着很大的吸力和斥力, 为了确保安全,组装工作需要严格遵循精心设计的安装工艺,采用专用的工装模具。磁体及运输屏蔽系统的设计、制造和磁场测量需要进行大量的电磁场理论数值计算及多项高新技术的集成。
AMS是重大国际合作科研项目,计有中国、美国、瑞士、意大利、俄罗斯等 10 多个国家 40 多个科研单位参加。为确保阿尔法磁谱仪能够按期于1998年初搭乘发现号航天飞机进行升空试验,分布全球的AMS科研团队,必须按照统一的倒计时日程表安排各自的工作。每一个AMS国际合作的参加单位,必须严格遵守AMS工作会议和相关单位的技术协调会所形成的备忘录,视同法律文件。中国科学院电工研究所参加这样一个技术性能国际领先,安全、质量要求极其严格,时间紧迫,显示度又极高的重大国际合作科研计划,即是难得的机遇,更是严峻的挑战。任何一个技术细节的失误,都有可能导致AMS国际合作项目失败的颠覆性后果,其风险之大,难度之高,是局外人难以想象的。
在丁肇中先生和电工所的领导下,永磁研究室全体同志用智慧和血汗,顽强拼搏, 连续奋战,高速度、高质量圆满完成 AMS1磁体的艰巨任务,为电工所争了光,为中国人民争得了荣誉。电工所的杰出贡献,得到国内外专家和丁肇中先生的高度称赞。中央电视台直播后,23家新闻媒体纷纷到电工所采访报道,成为电工所有史以来少有的盛事。阿尔法磁谱仪升空并进行科学探测被中国科学院和中国工程院587位院士评选为1998年世界十大科技进展新闻之一。阿尔法磁谱仪(AMS)永磁体系统获得了1999年中科院科技进步一等奖和2000年国家科技进步二等奖。
转眼间阿尔法磁谱仪永磁体研制,已经过去了近十年。回顾这段令人难忘的历史,我衷心感谢丁肇中先生和电工所领导的信任,给予本人一生中最难得的一次机遇,幸运地作为电工所国际合作联络人,参加了AMS国际科研计划,参与领导阿尔法磁谱仪 (AMS1)永磁磁体研制工作。在此期间,本人有幸多次与丁肇中先生近距离接触,当面聆听他的教诲,一起调研、考察、开会,频繁书信往来,研究、讨论、决策AMS1磁体研制中出现的各种问题,包括永磁材料性能、高精度超强磁体研制工艺与质量保证、航天环境试验、NASA安全评估、超大磁体航空运输以及对外宣传、经费使用等诸多问题。丁先生“只争第一”, 敢于做前人没有做过的事情,敢于攀登世界科学顶峰的高昂斗志和实事求是、严格要求的科学态度,至今仍然记忆犹新。这是比AMS磁体更加宝贵精神财富,值得我永远铭记,用来指导我一生的学习和工作。
 
 
 
 


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