Bau einer „Raumstation“ auf der Erde: Ein Blick auf die erste große wissenschaftliche Einrichtung im Luft- und Raumfahrtbereich meines Landes

In einer Umlaufbahn in mehr als 400 Kilometern Höhe über der Erde bewegt sich die chinesische Raumstation durch den Himmel und wird zu einem der wichtigsten Meilensteine ​​in der Raumfahrtindustrie meines Landes.

Weit im Nordosten des Mutterlandes wurde vor kurzem ein Bodensimulationsgerät für die Weltraumumgebung, die sogenannte „Bodenraumstation“, offiziell fertiggestellt und ist in die Probebetriebsphase eingetreten. Viele Indikatoren haben das weltweit führende Niveau erreicht.

Als erste große wissenschaftliche Einrichtung im Luft- und Raumfahrtbereich meines Landes ist die „Ground Space Station“ die weltweit erste umfassende Forschungseinrichtung, die die meisten Umweltfaktoren integriert und mehrstufige und maßstabsübergreifende Forschung zu Umweltauswirkungen durchführen kann. Es wird Weisheit und Stärke zur Entwicklung der Luft- und Raumfahrtindustrie und der menschlichen Weltraumforschung meines Landes beitragen.

Ein Traum wird wahr: Der Bau einer „Raumstation“ auf der Erde

Die Weltraumumgebung ist rau und komplex. Dabei wird nicht nur die Zuverlässigkeit des Raumfahrzeugs auf die Probe gestellt, sondern auch die Gesundheit und Sicherheit der Astronauten wird aufs Spiel gesetzt. Die Frage, wie sich die Möglichkeiten zur Erforschung des Universums verbessern lassen, ist ein schwieriges Problem, das dringend gelöst werden muss.

„Wenn wir weiter fliegen, länger bleiben und sorgfältiger erforschen wollen, müssen wir die Weltraumumgebung besser verstehen.“ Li Liyi, stellvertretender Leiter des Bodensimulationsgeräts für die Weltraumumgebung und Dekan des Instituts für Weltraumumgebung und Materialwissenschaften des Harbin Institute of Technology, sagte, dass die „bodengestützte Raumstation“ eine Plattform für grundlegende wissenschaftliche Forschung auf der Erde sein soll, die der realen Weltraumumgebung ähnelt, was dem Bau einer „Raumstation“ auf der Erde gleichkommt.

Die „Bodenraumstation“ befindet sich in der Science and Technology Innovation City im Harbin New Area in der Provinz Heilongjiang und wurde vom Harbin Institute of Technology und der China Aerospace Science and Technology Corporation gebaut. Im Baupark gibt es vier Laborgebäude, ein großes und drei kleine. Das „Große“ ist das Laborgebäude für umfassende Weltraumumgebungen und die „drei Kleinen“ sind das Laborgebäude für Weltraumplasmaforschung, das Laborgebäude für Weltraummagnetumgebungsforschung und der Tierkulturraum.

Forscher am Bodensimulationsgerät für die Weltraumumgebung des Harbin Institute of Technology führen Fehlerbehebungen am Subsystem für Weltraumbiowissenschaften durch (Foto aufgenommen am 6. April). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Wang Song

Dem Konstruktionsplan zufolge kann die „Bodenraumstation“ neun wichtige Umweltfaktoren des Weltraums simulieren, darunter Vakuum, hohe und niedrige Temperaturen, geladene Teilchen, elektromagnetische Strahlung, Weltraumstaub, Plasma, schwache Magnetfelder, neutrale Gase und Mikrogravitation, und den Einfluss und die Mechanismen der Weltraumumgebung auf Materialien, Geräte, Systeme und Lebensformen erklären.

Im Vergleich zur Verbringung experimenteller Instrumente und Geräte in den Weltraum lassen sich mit der „Bodenraumstation“ nicht nur Kosten einsparen und Sicherheitsrisiken verringern, sondern auch spezifische Umgebungsfaktoren entsprechend den wissenschaftlichen Problemen und technischen Anforderungen festlegen und wiederholte Überprüfungen ohne zeitliche und räumliche Einschränkungen durchführen, wodurch sicherere und bequemere experimentelle Bedingungen und wissenschaftliche Forschungsmethoden geschaffen werden.

Als sich der kreisförmige Bogen langsam bewegte, kam die Mondstaubkabine in Sicht. Dies ist die Versuchskabine „simulierter Mond“. In einem übermannshohen Raum glänzt eine ein Quadratmeter große Plattform silbern, und die oben aufgehängten Suchscheinwerfer und Strahlungsquellen haben unterschiedliche Formen.

Teammitglied Sun Chengyue sagte, dass die Mondstaubkapsel viele Schlüsseltechnologien beherrsche, darunter die Integration einer Mehrquellen-Bestrahlungsladeausrüstung, die gleichmäßige Streuung von winzigem Staub und die optische In-situ-Online-Erkennung starker elektrostatischer Umgebungen. Es wird eine wissenschaftliche Forschungsplattform für große Luft- und Raumfahrtprojekte wie die Monderkundung meines Landes, den Bau einer Mondbasis und bemannte Raumflüge bieten.

Dies ist die Mondstaubkammer, ein bodengebundenes Simulationsgerät für die Weltraumumgebung am Harbin Institute of Technology (Foto aufgenommen am 6. April). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Wang Song

„In Zukunft können viele Experimente, für die man ins All gelangen muss, auf der Erde durchgeführt werden.“ Yan Jihong, stellvertretender Direktor des Instituts für Weltraumumgebung und Materialwissenschaften am Harbin Institute of Technology, sagte, dies sei der Traum der Wissenschaftler.

Schwierige Probleme angehen: Die „kalte Bank“ aufwärmen

Über die Ursprünge der „Bodenraumstation“ sagte Li Liyi, dass die Weltraumumgebung zu häufigen Ausfällen in der Luft- und Raumfahrt führe, was zum Schlüssel für die Einschränkung der langen Lebensdauer und der hohen Zuverlässigkeit des Betriebs von Raumfahrzeugen geworden sei.

Bereits im Jahr 2005 begann das Harbin Institute of Technology in Zusammenarbeit mit der China Aerospace Science and Technology Corporation mit der Bildung eines Teams, um die Bedingungen der Forschungsplattform für grundlegende wissenschaftliche Fragen zur Wechselwirkung zwischen Weltraumumgebung und Materie zu erforschen und zu analysieren.

„Die wissenschaftliche und technologische Forschung ist auf die dringendsten Probleme ausgerichtet.“ E Peng, stellvertretender Direktor des Instituts für Weltraumumgebung und Materialwissenschaften am Harbin Institute of Technology, sagte, dass der Bau großer wissenschaftlicher Einrichtungen eine wichtige unterstützende Rolle bei vielen grundlegenden Pionierforschungen und strategischer Hightech-Forschung spiele.

Dies ist das Teilchenbeschleunigungssystem des Weltraumumgebungs-Bodensimulationsgeräts des Harbin Institute of Technology (Foto aufgenommen am 6. April). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Wang Song

Nach wiederholten Demonstrationen und umsichtigen Entscheidungen von Wissenschaftlern aus verwandten Bereichen und relevanten Abteilungen wurde das Projekt „Space Environment Ground Simulation Device“ im September 2015 genehmigt.

Im Januar 2017 wurde die Machbarkeitsstudie genehmigt, im Juli desselben Jahres wurde der vorläufige Entwurf des Geräts genehmigt und Ende des Jahres begannen die Bauarbeiten.

Im September 2019 wurde das Institut für Weltraumumgebung und Materialwissenschaft des Harbin Institute of Technology gegründet. Das Team ist von einigen wenigen Leuten zu Beginn seiner Gründung auf über 100 Personen angewachsen und deckt mehrere Disziplinen ab, beispielsweise Physik, Werkstoffe, Elektromechanik, Elektrotechnik, Chemieingenieurwesen, Luft- und Raumfahrt und Biowissenschaften.

Im Februar 2023 wurde der Bau des Space Environment and Material Interaction Frontier Science Center des Harbin Institute of Technology genehmigt ...

Im Gegensatz zu anderen wissenschaftlichen Forschungsprojekten und Infrastrukturen handelt es sich bei großen wissenschaftlichen Einrichtungen sowohl um wissenschaftliche als auch um technische Projekte, mit den doppelten Merkmalen wissenschaftlicher Forschung und technischer Konstruktion. Sie sind technisch anspruchsvoll, weisen lange Zyklen und hohe Risiken auf und es liegen kaum Erfahrungen vor, auf die man zurückgreifen kann.

Als wichtiger Bestandteil der „Bodenraumstation“ besteht das Ziel der magnetischen Nullraumumgebung darin, einen nahezu magnetischen Nullraum zu schaffen, der die Magnetfeldstörungen der äußeren Umgebung abschirmt. Unter der Anleitung ihres Tutors Sun Zhiyin, einem Mitglied des Post-90s-Teams, schlug sie während ihres Doktoratsstudiums einen innovativen Entwurf für eine magnetische Abschirmung in Form einer „Matthähnchen“-Puppe vor.

Forscher des Bodensimulationsgeräts für die Weltraumumgebung des Harbin Institute of Technology demonstrieren das Simulations- und Forschungssystem für die magnetische Weltraumumgebung (Foto aufgenommen am 6. April). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Wang Song

Liu Jianli, Chefdesigner des Ionenbeschleunigersystems „Ground Space Station“, erinnerte sich, dass das Team bei Null anfangen musste, da es für eine große Anzahl von Geräten keine ausgereiften Produkte gab. Design, Verarbeitung, Installation, Inbetriebnahme, Datenanalyse … jede Verbindung erfordert den Einsatz von „120 % der Energie“.

„Als wissenschaftliches Forschungs-Nationalteam können wir nicht nur überlegen, was ich kann und was ich kann, sondern auch, was wir tun sollten und was wir tun müssen.“ „Überqueren Sie den Fluss, indem Sie die Steine ​​ertasten, und bewegen Sie die Steine, wo immer Steine ​​sind.“ … Die Teammitglieder räumten ein, dass für große wissenschaftliche Einrichtungen normalerweise ein Team von drei- bis vierhundert Leuten erforderlich sei, die „Bodenraumstation“ jedoch von etwa hundert Leuten fertiggestellt werden könne. Es ist normal, an Wochenenden und Feiertagen keine Ruhepausen einzulegen und mehr als zehn Stunden am Tag zu arbeiten. Oftmals „erledigt eine Person die Arbeit von zwei Personen“.

„Warum ist die ‚bodengestützte Raumstation‘ möglich? Der Schlüssel liegt in eigenständiger Innovation und der Entschlossenheit, ‚mit Stahlzähnen in die harten Knochen zu beißen‘.“ Han Jiecai, Präsident des Harbin Institute of Technology und Chefdesigner des bodengestützten Weltraumumgebungs-Simulationsgeräts, sagte, dass die Schule mit vielen Kooperationseinheiten zusammengearbeitet habe, um kontinuierlich wichtige Probleme anzugehen, und dass während des gesamten Baus stets wissenschaftliche Forschungsarbeiten durchgeführt worden seien, um einen synchronen Fortschritt zu erzielen.

Ausblick: Ein neues Kapitel im wissenschaftlichen und technologischen Austausch und in der Zusammenarbeit

Harbin ist im Sommer üppig und grün. Yu Yuanyang, ein Doktorand im Jahr 1995 vom Gravitationszentrum der Fakultät für Physik der Huazhong University of Science and Technology, sitzt vor dem nullmagnetischen Gerät und beobachtet aufmerksam die experimentellen Daten auf dem Computerbildschirm. Einen Monat lang wird er hier Experimente zur Gravitationswellenerkennung durchführen.

„Die von uns verwendeten Schlüsselkomponenten weisen einen sehr schwachen Magnetismus auf und nur in einer bestimmten, magnetfreien Umgebung können wir genauere Messergebnisse erzielen.“ Yu Yuanyang sagte: „Die erdgebundene Raumstation“ sei eine nationale Waffe und ein wissenschaftliches Forschungsinstrument, das dazu beitragen werde, die Produktion einer großen Zahl wissenschaftlicher Forschungsergebnisse zu fördern.

Derzeit konkurrieren Wissenschaftler aus dem In- und Ausland um die Zulassung zur „Bodenraumstation“, um wissenschaftliche Experimente durchzuführen. Mehr als 110 Institutionen haben Benutzervereinbarungen unterzeichnet, die mehr als 30 Länder und Regionen abdecken.

Große wissenschaftliche Einrichtungen tragen dem großen Wunsch der Menschheit Rechnung, die unbekannte Welt zu erforschen, und ziehen auch eine Gruppe junger Wissenschaftler und Techniker an. Sie kommen aus zahlreichen Universitäten und Forschungsinstituten und werden ihr eigenes Wachstum und ihre Entwicklung stärker mit den Erfordernissen der nationalen Entwicklung verknüpfen.

In diesem Jahr feiert Nie Qiuyue, geboren in den 1980er Jahren, ihr zehnjähriges Lehrjubiläum am Harbin Institute of Technology. Nachdem sie 2014 ihre Postdoc-Stelle an der Tsinghua-Universität verlassen hatte, entschied sie sich entschlossen, in den Norden zu gehen, um dort an der Entwicklung von Simulations- und Forschungssystemen für die Weltraumplasmaumgebung mitzuwirken.

Dies ist das Simulations- und Forschungssystem für die Weltraumplasmaumgebung des Bodensimulationsgeräts für die Weltraumumgebung des Harbin Institute of Technology (Foto aufgenommen am 6. April). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Wang Song

„Große wissenschaftliche Einrichtungen werden zu einer neuen Ideenquelle für die Eroberung der Führungspositionen im wissenschaftlichen und technologischen Wettbewerb.“ Jin Chenggang, der von einer Universität im Süden an das Harbin Institute of Technology wechselte, sagte, dass hier immer mehr wissenschaftliche Forschung betrieben werde, von der Prüfung elektronischer Komponenten für die Luft- und Raumfahrt bis hin zur Gravitationswellenerkennung, von der landwirtschaftlichen Züchtung bis hin zu biowissenschaftlichen Experimenten, und dass sich hier immer mehr hochrangige wissenschaftliche Forschertalente versammeln würden.

Der Spillover-Effekt des Baus der „Bodenraumstation“ ist bereits deutlich spürbar und hat bereits über 80 internationale und nationale Erfindungspatente erhalten. Es wird eine wichtige Rolle in der Gehirnforschung, im Bereich Leben und Gesundheit, bei High-End-Instrumenten, der Bestrahlungszüchtung und anderen Bereichen spielen.

Dies ist die Marsstaubkammer des Weltraumumgebungs-Bodensimulationsgeräts des Harbin Institute of Technology (Foto aufgenommen am 6. April). Foto: Xinhua News Agency-Reporter Wang Song

Branchenkenner geben zu, dass die „Bodenraumstation“, angetrieben von einer neuen Runde wissenschaftlicher und technologischer Revolutionen und industrieller Transformationen, voraussichtlich Engpässe bei der integrierten Konstruktion von Luft- und Raumfahrtprodukten, der modularen Fertigung und der Anpassungsfähigkeit an die Weltraumumgebung lösen und die Entwicklung neuer Branchen wie Satellitenfertigung, elektronische Information, künstliche Intelligenz, neue Materialien und Biomedizin vorantreiben wird.

Innovationen haben kein Ende und wer nach Innovationen strebt, strebt nach der Zukunft. Xiong Sihao, Parteisekretär des Harbin Institute of Technology, sagte, die Schule werde sich bemühen, die „Bodenraumstation“ in eine Forschungs- und Anwendungsplattform für Spitzentechnologien umzuwandeln und einen größeren Beitrag zum Aufbau eines starken Landes in Wissenschaft und Technologie sowie zur Erforschung unbekannter Geheimnisse zu leisten.

Reporter: Yang Siqi

Videoreporter: Yang Siqi, Wang Dayu

Plakatgestaltung: Chang Qingtan

Herausgeber: Li Huan, Hao Jing, Li An, Wu Jinfu, Cheng Hao

Koordinatoren: Wang Jie, Fang Sixian