行家好，我是来自中国科学院理化工夫探索所的胡忠军，本日念给行家分享一下我阅历的那些“冷故事”。

　　我正在中学的功夫，有一次教员问咱们长大了念做什么？我说我念成为一名南极科考管事家。由于当时我正在学校的阅览室内部看到了秦大河教员的故事《横穿南极日志》，格表感动。从此诡秘严寒的宇宙就给我留下了很深的印象。

　　不过，南极不是谁念去就能去的。中学结业往后，我来到了富丽的冰城哈尔滨研习平凡造冷工夫，也便是贸易造冷工夫。

　　教室上，教员有一句话让我至今事过境迁。他说：“教员只可教你们‘杀猪’的本事，人家中国科学院才是‘屠龙’的。”

　　为什么叫“杀猪”呢？这是由于咱们本日能达成猪肉自正在、生果自正在、海鲜自正在、牛羊肉的自正在，很大水准上便是依赖于发展的贸易造冷工夫。

　　于是我就很好奇，终于什么是造冷的“屠龙技”呢？厥后我就考上了中国科学院的探索生。

　　当时我做论文的功夫，我们国度正正在研造一款“大火箭”。现正在咱们都明明晰，这个大火箭的名字叫“长征五号”。只要这把“倚天剑”才对得上“屠龙刀”嘛。它除了“胖五”以表又有一局部称，叫“冰箭”。

　　为什么叫“冰箭”呢？咱们可能看一下，“长征五号”里少许部件的温度要比冻猪肉的温度低许多，低到零下253℃。由于它要把氢气造成液体，来发射很重的载荷。

　　若干年往后，我有幸来到海南文昌发射场，目击了本人列入了（很幼的）一片面担事的“胖五”把中国空间站主旨舱奉上天。听到倒计时读秒时的那种神色，真是又煽动又危机。

　　原本，自从低温造冷工夫被出现今后，每隔一段时分，就会有干系管事获取诺贝尔奖。除了前沿物理科学探索须要它，我们去做体检时用的磁共振成像也须要这种低温的境遇，又有行家通常听到的量子宇宙也都离不开低温工夫。

　　正在咱们念书的谁人年代，行家还处于治理温饱的阶段，食品无疑是最首要的，因此冷藏冷冻工夫的需求量很大。跟着社会的提高和科学的成长，本日咱们危急地须要成长前沿科学，好比航空航天、超导等等方面的探索，这就须要低温配备来支持。

　　老一辈科学家正在“两弹一星”的年代就一经研造出了少许较幼的低温配备。这张照片是20世纪70年代，当时科学家们要把卫星放到模仿太空的境遇里举行试验。太空的温度格表低，大略是零下270℃。咱们要正在地面上模仿太空的低温境遇，才智保障卫星上天后不出题目。

　　这幅图就更局面了，图片中心冒着白雾的地便利是“胖五”加注的液氢和液氧正在蒸发，它用到的液氢就须要低温工夫来造备。

　　终于什么是低温工夫呢？咱们正在学术上，以家里做饭用的自然气的液化点120K（零下153.15℃）这个温度为范畴。这个温度以上的叫做普冷工夫，这个温度以下的就叫做低温工夫。

　　咱们中国科学院理化工夫探索所闭键闭怀的是液氢温度以下的低温工夫。希奇是宇宙上最难液化的气体便是氦气，而液氦便是咱们闭键的探索对象，同时它也是掀开超越牛顿经典力学的量子宇宙大门的一把钥匙。

　　原本正在100多年前科学家就达成了氦气的液化，这是当时科学家液化氢气和氦气后所拍电报的原始记实。

　　这便是当时的氦液化的装配，差另表色块默示差另表液体。用酒精预冷液态的氛围后，再用液态氛围预冷液氢，液氢预冷往后才智取得液氦。这种“套娃”式的策画很难正在工业上大周围伸开，也很难贯串运转。咱们更念通过压缩的体例，一步就从氦气取得液氦。

　　原本，无论是贸易造冷如故低温工夫，最主旨是统一个很简便的意思——相变传热。好比行家跑完步之后会出汗，汗蒸发往后就会感触到很阴凉，这是由于水从液态造成气态，就把你的热量给吸走了。有些科学家还挖掘，幼蜜蜂也会正在盛暑的夏令把水运到蜂巢里，为蜂巢做温度调理。

　　行家家里都有冰箱和空调，它们运行的窍门原本和低温工夫是雷同的，便是要把刚刚讲的液态到气态的相变做成一个贯串轮回的进程。这就须要一系列的呆滞做配合，压缩机把气体（造冷剂）从低压压到高压的形态后，就会升温发烧；正在冷凝器里把热量传到境遇内部后，造冷剂就从气体造成了液体；再经历一个俭约减压的装配，从高压变低压；又经历蒸发器从周遭吸取热量，咱们就获取了造冷的冷量，末了液体变回气体，竣工轮回。

　　那咱们用空调能不行抵达液氦的温度呢？明晰是不成的，由于向例造冷剂正在这种温度下城市造成固体，没有步骤轮回了。只要液氦正在这个温度畛域内，还能仍旧液体形态。

　　咱们给篮球、排球、轮胎等打气用到的打气筒实况电竞，便是活塞式压缩机。这种呆滞很原始，不行贯串运转一两年，由于活塞容易摩擦。于是，科学家又出现出了新的螺杆式压缩机。

　　螺杆式压缩机便是如许的两个螺杆，一个阳转子制冷设备，一个阴转子。正在彼此挽救的进程中实况电竞，转子间隙里的气体被挤压，就把压力给降低了，这个道理很简便。

　　正在2016年之前，咱们国度出产螺杆式压缩机的产能高达40多万台套，不过从内部就挑不出来一台能高效压缩氦气的。因此当时用的配备全靠进口，进口就会有各样各样的束缚。咱们的老所长争持要把这个修造国产化，不过说真话，接到这个义务的功夫，我内心一点底也没有。

　　打个譬喻，压缩机相当于要拿一个网兜去把球兜住。我们的氛围分子就像篮球这么大，而氦气只要乒乓球这么大。用同样的网子兜的功夫，乒乓球就兜不住，因此要压缩氦气是很贫苦的。

　　有的同窗会说，把网织密一点不就好了嘛。但困难就随之而来了。这是两个转子管事的进程，绿色的气体吸进来后，从底下侧面排出去，咱们可能看到，压缩腔室的容积正在减幼，压力就降低了，恰是由于两个转子之间彼此啮合。因此这个空间不行无穷幼，越发是正在管事形态时它还会发烧，空间太幼就卡死了，编造就没有步骤运行了。

　　咱们可能做一个实行，这是一个气缸，我把一片面硝化棉塞到气缸里，再用手掌的力气去压缩管道里的气体。气体的压力升高，内能增补，温度就会升高，抵达170℃阁下这个棉花就能被点着。可能看到压缩的第一遍起雾，第二遍着火。这原本便是造冷的底子道理，压缩就发烧，增添体积膨胀，它就变冷。

　　咱们正在工程上就吃过亏。这是两个转子之间间隙的照片，把间隙调幼了往后，由于发烧，螺杆焊到了沿途，一共编造就瘫痪了。

　　假使间隙不行调幼，诱导交待的义务如何办呢？我就像面临着一个刺猬，感触无从下手。

　　正在一次很偶尔的机遇下，我和我的教员正在一块儿时，他就指着转子让我留心观望。就正在面临这个转子、面临这个零件的功夫，咱们有灵感了。

　　形而上学上有个词叫顿悟，也便是茅开顿塞。咱们认识到，两个转子之间不或者无穷缩幼，老是有罅隙的，那如何办呢？咱们正在这个罅隙里填上一层厚厚的油膜，“乒乓球”不就兜起来了吗？

　　这个主旨工夫便是转子的型线。这个坐标格表杂乱，有成千上万种的组合，没有足够的时分让咱们去试错。但咱们有一个法则，便是要念步骤让转子尽量能把油膜挂住，不行让它正在挽救的功夫把油膜甩出去，这便是咱们的冲破口。

　　咱们正在这个法则的指挥下开辟了两种型线，也便是开辟了两种螺杆压缩机的转子。咱们不单做出来了中国人本人的产物制冷设备，还让这个产物的热力学效用比国际上最好的同类产物还要高10%。回念起来这件事变，还真是让人慨叹万千。

　　这是呆板内部的一个动画演示。咱们可能很明确地看到，这两个转子之间的间隙跟着运行正在连接地减幼。

　　这是2023年咱们最新的一款产物（用于国内第一套每天可出产五吨液氢的氢液化器）实况电竞，我就站正在压缩机旁边，行家可能感触一下它的体量。浅蓝色的机壳内部便是刚刚演示的转子。

　　那“屠龙刀”可能用来“杀猪”吗？原本，尖端工夫转化成平凡工夫是很容易的。

　　咱们这个型线工夫的此中一种也使用正在了贸易冷冻方面。咱们大略统计了一下，三年净利润大略是2.5亿，此中有1/3的利润如故出口获取的。于是经历专家评比，咱们还获取了福修省的科技提高奖。

　　俭约器是一种挽救的透平膨胀机，“透平”来自于“turbine”，是一个涡轮的呆滞，正在中国古代工夫史里日常叫做风车。

　　行家可能看到，从这个圆的角落进入的气体色彩较量深，核心出来的气体色彩较量浅，这便是默示温度正在消浸。透平膨胀机与压缩机相反，用膨胀的体例消浸压力实况电竞、省略能量，从而造冷。

　　许多人说：“我们的管事都不是吹的”，不过说真话，咱们理化所做膨胀机还真是要靠“吹”。这是一个好像咱们管事叶轮的陀螺玩具。行家玩陀螺有的用鞭子抽，有的用弹力转，咱们本日来一个异乎寻常的，用嘴去吹它，不明了行家玩过没有。

　　我先把陀螺放到桌子上，吹一语气，行家看到了吧？它确实是转起来了。并且假使周遭有蜗壳组织的话，就会挖掘我这语气的温度消浸了。原本低温工夫的道理便是这么简便。

　　道理简便，那为什么难做呢？工夫挑拨就正在轴承上。行家熟谙的滑板车或者汽车是靠滚珠轴承润滑的，但低温造冷机叶轮的速率是汽车转速的100倍，每分钟十几万到三十几万转，格表疾。假使还用滚珠轴承，那摩擦的热量会让全部器件焊到沿途，无法操纵了。因此咱们用的是右图，通过刚刚演示的体例用氦气把它吹起来，前后阁下用氦气把它顶住，也便是气浮轴承。

　　贫苦就正在这个地方，咱们叫转子动力学上的偏移量。它的偏移量大略是一个头发丝的几万分之一，假使发抖大了，就会蹭到它的“邻人”。

　　咱们理化所从上世纪70年代到现正在，经历几十年的积聚，最终酿成了一系列大巨细幼的产物。

　　这幅照片是2014年咱们竣工财务部国度宏大仪器配备研造的一个切实的转子。行家不要幼看我手里拿的这个转子。这么幼的一个转子跟刚刚看到那么大的压缩机雷同首要，乃至比谁人还要首要。

　　图中最下面蓝色这两台是压缩机。膨胀机太幼了，我把它零丁拎出来行家才智看到。这两个主旨修造有了之后，才智构成一个大的超等低温造冷机。

　　当时正在2021年这个项目被评为了年度“中国十大科技发达音讯”。除了咱们以表，其他获取这个称谓的都是做底子探索的，咱们工程工夫的探索能入选如故很贫苦的。

　　中国科学院有个古板，不行只说不做、只做不练，咱们把东西做出来之后，还要经历结果的磨练，也便是要“用得上”。

　　让人欣慰的是，咱们目前有两套低温配备正正在协帮超导体的探索和优秀光源的探索。优秀光源是一种高级的显微镜，咱们的低温配备一经它的测试平台上贯串无妨碍运转1万多个幼时了。我们本人的东西经受住了却果的磨练。

　　就正在2024年3月，咱们获胜研造了国内最大的一套液氢配备，每天有5吨产量。图里有一私人的模子，行家可能感触一下这个装配的巨细。

　　或者很多人对5吨没有观点。我们国度的发射义务很精密，而目前咱们的液氢厂只要2.5吨的产量。咱们这套修造比目前现有燃料出产要大一倍，这就意味着咱们为畴昔成长探月工程制冷设备、火星探测以及更远的深空探测做好了原料打定。

　　这是咱们团队的合照。咱们进步了好的时期，假使没有国度高精尖工夫成长的须要，咱们只可去“杀猪”。恰是进步了国度有“屠龙”的须要，咱们才走上了大国重器的研造之途制冷设备。

　　当然，“杀猪”的工夫也很首要。我的很多同窗正在前两年的北京冬奥会上也大放异彩，他们做的各样造冰机同样格表了不得。

　　末了，心愿同窗们要不惧风雪、以梦为马，做好属于本人的那片天下无双的雪花。这种造冷建立我国年产超越40万台却没实况电竞有一台或许造作零下269度的液氦 胡忠军——科学讲坛