卷首语
【画面:1973年实验室角落,两名技术员正在用扳手组装钢板箱体,箱体内壁贴着银灰色石棉层;地面上,干冰桶冒着白雾,液氮罐(标有“工业用”)被麻绳固定在木架上,水银温度计的红色液柱停留在-20c刻度。字幕:“在没有电子制冷设备的1973年,要模拟-37c的北方边境严寒,靠的是‘钢板+石棉’的保温智慧,以及对干冰、液氮用量的精准把控——每一度的温度稳定,都是对细节的极致追求。”】
一、低温测试舱主体设计与制作(1973.04.10-04.12)
【历史影像:钢板切割现场,乙炔焰切割1.5厚冷轧钢板时火花四溅;技术员用角尺测量箱体尺寸,在接缝处用粉笔做标记;木工在箱体外侧加装松木框架,增强结构强度。画外音:“1973年《低温试验设备制作规范》建议:-40c级测试舱需采用‘双层保温+密封结构’,箱体漏热率需控制在5c\/小时以内,否则无法维持目标低温。”】
1.箱体结构设计
测试舱采用“双层钢板+多层保温”的立方体结构,外尺寸60x60,内尺寸50x50(适配密码机及监测设备)。外层选用1.5冷轧钢板(防锈处理),内层为0.8镀锌钢板(耐腐蚀),两层间距8,用于填充保温材料;箱体正面设计单扇开门(尺寸30),门框边缘预留1宽密封槽,便于安装密封条。
2.保温层填充
内层钢板内壁先贴一层2厚石棉板(1973年主流低温保温材料,导热系数0.08w\/(?K)),石棉板之间用高温胶粘合,避免缝隙漏热;石棉板外侧包裹一层铝箔(反射红外辐射),再填充5厚玻璃棉(补充保温,导热系数0.04w\/(?K));最后用铁丝网固定保温层,防止玻璃棉松散。箱体顶部预留直径5的通风孔(带手动阀门),用于调节冷气流通。
3.密封与加固
开门边缘的密封槽内嵌入截面为圆形的橡胶密封条(直径10,耐低温-50c),关门后密封条压缩量控制在40%,确保密封;箱体外侧用4x4的松木方做框架加固,四个角用L型角钢焊接,防止低温下钢板收缩变形;箱底焊接4个高度10的钢制支脚,便于放置制冷剂容器。
【制作细节:焊接内层钢板时,采用“连续焊+点焊结合”工艺,接缝处焊肉厚度≥2,避免出现针孔漏热;保温层填充时,玻璃棉需压实至密度15kg\/3,比松散状态保温效果提升30%。】
【1973年技术局限应对:无专用低温密封胶,技术员用凡士林涂抹密封条与密封槽接触面,进一步增强密封性;箱体焊接完成后,在外侧刷两层防锈漆(耐低温型),防止长期使用生锈。】
二、制冷系统搭建:干冰+液氮的协同降温(1973.04.13)
【场景重现:技术员将5kg块状干冰(工业级,纯度99%)用铁铲装入镀锌铁盒(尺寸20x15),铁盒底部钻有10个直径1的小孔;铁盒上方悬挂一个5L液氮罐,罐底阀门连接橡胶管,管口对准干冰盒。历史录音(磁带音质):“干冰升华能降到-78.5c,但太猛,得用液氮辅助调节——先加干冰把温度拉到-30c,再滴液氮往下降,这样才稳。”】
1.制冷源配置
主制冷源:采用块状干冰,装入3个镀锌铁盒(每个容量5kg),均匀放置在测试舱底部,干冰升华产生的低温二氧化碳气体通过铁盒小孔扩散至舱内,初步降温;
辅助制冷源:5L液氮罐(1973年军工实验室专用)作为微调手段,通过针型阀门控制液氮滴速(1-2滴\/秒),液氮汽化吸收大量热量,将温度从-30c降至-37c;
气流引导:舱内顶部安装一个手动风扇(摇柄驱动),每30分钟转动10圈,使冷空气均匀分布,避免局部温度偏差过大。
2.温度调节机制
升温控制:若舱内温度低于-37c(如降至-40c),关闭液氮阀门,打开顶部通风孔1-2分钟,引入室温空气升温,每次通风可使温度回升2-3c;
降温控制:若温度高于-37c(如升至-35c),增加液氮滴速至3滴\/秒,同时补充2kg干冰,加快降温速度;
稳定维持:温度达到-37c后,液氮滴速保持1滴\/秒,每小时补充1kg干冰,使温度波动控制在±1c以内。
3.制冷剂补给方案
干冰每2小时补充一次,每次补充前先将剩余干冰残渣清理出舱;液氮罐压力低于0.2pa时立即更换(备用液氮罐提前预冷);补给操作需在5分钟内完成,避免开门时间过长导致温度大幅回升。
【制冷数据:5kg干冰完全升华可维持-30c环境约3小时;1L液氮汽化可使13空间温度降低5-8c;通过“干冰打底+液氮微调”,可将舱内温度稳定控制在-37c±1c,满足测试需求。】
三、温度监测与数据采集设备配置(1973.04.14)
【历史实物:测试舱内布置的监测设备——4支wNY-1型低温水银温度计(量程-50c~50c,精度0.5c)分别固定在舱内顶部、中部、底部及密码机旁;舱外连接一台xwd-10型指针式记录仪,通过热电偶传感器传输温度信号。画面特写:温度计红色液柱在-37c刻度处微微晃动,记录仪指针缓慢摆动,划出连续曲线。】
1.温度监测点布置
空间监测:舱内顶部(距顶10)、中部(中心位置)、底部(距底10)各布置1支水银温度计,监测整体温度分布;
设备周边监测:在密码机的电源模块、加密模块、旋钮操作区旁各放置1支温度计,重点监测设备关键部位的环境温度;
外部环境监测:舱外实验室放置1支温度计,记录室温(用于分析舱体漏热情况)。
2.数据采集设备适配
实时记录:采用xwd-10型自动平衡记录仪(1973年上海自动化仪表三厂生产),通过铜-康铜热电偶传感器(测温范围-200c~300c)连接舱内中部温度计,记录仪每10秒打印一次温度值,绘制连续温度曲线;
人工记录:技术员每10分钟读取一次所有温度计数值,记录在“低温环境监测表”上,包括时间、各点温度、制冷剂用量、阀门状态等信息;