太空食材保鲜难题如何破解?三项关键技术保障航天饮食安全

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当航天员在太空中的美食视频引发广泛关注时,这些美味背后所依托的科技支撑同样值得关注。在太空厨房设备发挥作用之前,一台特殊的冷藏装置正悄然守护着食材的新鲜与安全。来自上海理工大学能源与动力工程学院的青年科技专家王子龙及其团队,在我国航天冷藏技术的演进中发挥了关键作用。他们研发出一项不依赖压缩机制冷的半导体温控技术,成功解决了太空环境中高效制冷、精确温度控制以及微重力条件下热量传递等核心问题,有力保障了航天员在太空中食品储存的品质与安全。

一、无压缩机制冷:从“相变制冷”转向“热电效应”

在地面环境中,家用冷藏设备通常采用压缩机推动制冷剂发生液气相变来实现降温。然而,在太空失重条件下,液态与气态物质难以自然分离,使得传统制冷方式无法适用。研究团队转变思路,采用半导体热电材料作为核心制冷元件,只需接通直流电源,无需压缩机及制冷剂参与,即可在微重力环境中构建出稳定可靠的低温环境。

二、温度均匀控制:多孔介质导热,避免食材“冷害”

尽管半导体热电片能够在太空实现无压缩制冷,但由于其制冷区域较为集中、面积有限,容易导致冷却面板出现温度分布不均的现象。部分区域温度偏低,而另一些区域则相对较高。这种不均匀不仅会引起结冰或凝露,还可能造成食材因低温损伤而品质下降,甚至对航天员的健康构成潜在风险。

在失重状态下,冰霜融化后不会像在地面那样沿壁面流走,而是形成悬浮的水珠。如果这些微小液滴飘散到设备外部,可能侵入航天器的电子元件或精密仪器内部,引发电路短路、设备腐蚀或信号异常,从而威胁整个飞行任务的安全。

针对这一难题,研发团队应用了多孔高导热材料作为传热基板,相当于构建了一张“冷量疏导网”,能够快速将冷量均匀分布到整个冷却表面,有效防止局部温度过低。

核心要点:该技术实现了“制冷单元到冷却面板”之间的温度均衡控制。

三、微重力环境高效导热:优化结构设计,守护食材每一分新鲜

在太空失重条件下,冷藏装置内部无法像在地球上那样依靠空气自然流动传递冷量。地面环境中,空气会因温度差异形成对流,使冷气均匀散布至每个角落;而在太空,空气基本静止,导致冷量难以自然扩散,可能造成存储空间内部分区域温度偏低、部分区域偏高,食材保存条件不一致。

为解决该问题,科研团队对冷藏装置内部构造进行了系统改进,通过科学规划空气循环路径,促使冷气能够更均匀地分布于整个存储区域。由此,无论食材放置在什么位置,均可处于恒定且适宜的温度范围内,既维持了食材的新鲜度,也提升了在轨使用过程中的稳定性和安全性。

核心要点:此项改进实现了“冷却面板到存储空间内空气和食材”之间的温度均匀分布。

中国航天在每一个细微之处都融入了扎实的科技力量,让我们为这些默默攻关的科研工作者喝彩!

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