接下来两个月,课题组进入了紧张的实验准备阶段。
温卿把团队分成三组:
一组负责光谱诊断系统的搭建,
一组负责实验设备和控制系统的改造,
一组负责数值模拟和程序开发。
她自己则穿梭在三组之间,解决各种技术难题。
光谱组遇到了最大的麻烦:
国产光栅的衍射效率太低,信号太弱,噪声淹没了有用信号。
温卿熬了两个通宵,设计了一套信号增强方案:
先用前置放大器把信号放大,然后用锁相放大器提取特定频率成分,最后用数字滤波器消除噪声。
“这个锁相放大器……国内没有吧?”光谱组的小李问。
“自己做一个简化版的。”
温卿画出电路图,“原理很简单:用参考信号和测量信号做乘法,积分后得到相关信号。虽然精度不如进口设备,但够用了。”
她亲自焊接电路板,调试参数。
当第一个清晰的谱线信号出现在示波器上时,整个光谱组欢呼起来。
实验设备组的挑战也不小。
要把电弧风洞改造成计算机控制的闭环系统,需要增加大量的传感器和执行机构。
温卿设计了分布式测量网络:
在实验段布置了二十个温度传感器、十个压力传感器、五个光谱测量点。
所有信号通过新研制的数据采集卡,实时传输到“曙光-2”计算机。
执行机构更复杂:
要能精确调节电弧电流、气流速度、实验段压力。
温卿采用了步进电机加精密丝杠的方案,虽然响应速度慢,但控制精度高。
最难的是安全性设计。
闭环实验意味着计算机会根据实时数据自动调整实验条件,万一程序出错,可能引发事故。
温卿设计了三重保护机制:
第一重,软件限制,所有调整参数都有上下限;
第二重,硬件互锁,关键参数超过安全范围自动切断电源;
第三重,人工监控,实验过程中必须有人值守,随时可以手动干预。
数值模拟组的工作相对“单纯”——就是算。
基于完善后的非平衡态模型,在“曙光-2”上进行大规模参数扫描计算,预测可能出现的突变条件和特征。
计算结果令人震惊:模型预测,在某个狭窄的参数窗口内,热流值确实会突然增加三到八倍。
更诡异的是,这种突变不是连续的,而是“开关”式的——稍微改变条件,突变就出现或消失。
“这就像……某种共振现象。”
小张分析数据时说,“系统对特定条件极其敏感。”
温卿盯着那些突变点,心中涌起强烈的不安。
如果这个预测是真的,那么现有的高超声速飞行器,在某些特定飞行状态下,可能会突然遭遇毁灭性的热载荷。
而飞行员和控制系统,可能根本来不及反应。
实验准备进入最后阶段时,钱老来视察。
老人穿着朴素的工装,在实验室里慢慢走着,仔细看每一台设备,问每一个细节。
看到光谱诊断系统时,他点头:
“这个设计巧妙。用国产元件做出进口设备的功能,这才是自力更生。”
看到闭环控制系统时,他沉思良久:
“实时反馈,智能调整……这是未来实验技术的方向。你们走在了前面。”
最后,他坐在温卿的办公桌前,翻看实验方案和理论模型。
“小温,你知道这个研究如果成功,意味着什么吗?”钱老问。
“意味着我们对高超声速物理的理解,前进了一大步。”温卿回答。
“不止。”钱老摇头。
“意味着我们的飞行器设计,可以避免潜在的灾难性风险;意味着我们的理论模型,达到了国际领先水平;
更意味着——我们有一支年轻的科研队伍,有能力挑战最前沿的科学问题。”
他合上文件,看着温卿:
“但我必须提醒你,颠覆性的发现,往往会遇到最大的阻力。如果你的实验结果真的证明了‘热流突变’,准备好迎接质疑了吗?”
“准备好了。”温卿平静地说。
“科学只认证据。只要我们的实验可重复、数据可靠、逻辑严密,就不怕质疑。”
“好!”钱老站起身,“需要什么支持,直接找我。我等着你们的好消息。”
钱老离开后,温卿站在实验室窗前,看着外面渐渐暗下来的天色。
还有一周,第一次闭环实验就要开始。
成败在此一举。
她想起林烨送资料时说的话:“颠覆性的发现,需要颠覆性的证据。”
现在,证据就要来了。
无论结果如何,这都是科学探索必须走的路。
发现真理,验证真理,让真理为国家和人民服务。
第一次闭环实验前的准备工作,进入了最紧张的阶段。
光谱系统调试完毕,闭环控制逻辑通过验证,实验流程演练了三次。
但温卿总觉得缺了点什么——她的非平衡态模型预测精度虽然已经很高,但在最关键的“突变点”
老王看着误差分析报告说,“毕竟我们面对的是极端条件下的复杂物理现象。”
温卿摇头:
“那怎么办?”
负责数值模拟的小张苦笑。
“我们已经把模型优化到极致了。非平衡参数的理论表达式、耦合系数的计算公式、辐射输运的简化模型……能想到的都想到了。”
温卿没有立即回答。
她走到实验室角落的样品展示柜前,柜子里陈列着各种烧蚀试验后的材料样品:
碳-碳复合材料、陶瓷基复合材料、金属基复合材料……每一块样品表面都留下了高温烧蚀的独特痕迹。
她拿起一块碳-碳复合材料样品。
这是之前电弧风洞试验的产物,表面布满了蜂窝状的凹凸结构,在灯光下呈现出复杂的光影。
“我们的模型能预测宏观烧蚀形貌,能预测平均烧蚀速率。”
温卿轻声说。
“但我们不理解烧蚀的微观机理——材料在原子层面究竟发生了什么?为什么碳纤维比树脂基体烧蚀得快?为什么烧蚀会形成特定的微观结构?”