9.7皮开尔文之后:空间站冷原子与太空机房散热之争

资讯 腾讯网 作者:腾讯网 全文 1020 字 · 约 3 分钟读完 分类太空航天数据中心

中国空间站造出了目前已知最冷的人造物质。另一边,马斯克还在为太空AI机房怎么散热,与人争论。连接近绝对零度的实验都做成了,给芯片降个温,还能有多难?中国团队把一小团铷原子云的等效温度降到了9.7皮开尔文,还能持续观测7秒。1皮开尔文,是万亿分之一开尔文。这项刷新人造低温纪录的成果,发表于《科学》。原子一直...

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目前已知最冷的人造物质,在中国空间站上诞生了。
而在另一边,太空里的AI机房该怎么散热,马斯克还跟人争个不停。
接近绝对零度的实验都做出来了,给芯片降温还能算难事?
一支中国团队把一小团铷原子云的等效温度压到了9.7皮开尔文,并且维持了7秒的持续观测。
1皮开尔文等于万亿分之一开尔文。这项成果刷新了人造低温纪录,刊登在《科学》上。
原子从来不会静止。
研究人员的办法是先用激光给原子“刹车”,再对束缚它们的光场做精细调控,让原子继续慢下来。
原子云温度越低,扩散就越慢,科学家观察其量子行为的时间也就越充裕。
可地面上的重力会把原子往下拽。
束缚放得太松,原子留不住;收得太紧,深度冷却又做不下去。
空间站处于微重力环境,团队因此可以用很弱的束缚接着降温,把观测时间拉长。
把实验搬上天,还有一道关要过。
二十几束激光必须汇聚到几十微米大小的原子云上,对准误差要控制在5微米以内。
地面系统原本重10吨,被集成进500公斤的空间实验柜,同时还要经得起火箭发射时的振动。
为了这件事,团队攻关15年。
这类冷原子将来有望用于更精密的重力测量——地下水、矿体或空洞造成的微小引力差别都能分辨出来,相当于给地下结构做“引力CT”;加速度测得更准之后,自主导航也有望得到改善。
不过,9.7皮开尔文只是那一小团原子云的温度。
实验柜并没有冷到这个程度,柜内设备工作时照旧会发热。
芯片一通电计算,热量就源源不断地产生。
机房要想持续运转,这些热必须一刻不停地排出去。
冷却少量原子的本事,并不能直接搬来给芯片排热。
到了太空,地面上常见的风冷就行不通了:机房外面没有空气,风扇吹不走热量。
家里用的保温杯,靠的也是真空来减缓热量散失。
深空温度再低,也不会有冷风吹过来。
芯片产生的热,卫星要先导到散热板上,之后靠红外辐射把热量散发出去。
马斯克的说法是,只要把板子背对太阳、面向寒冷的深空,每平方米散掉约1300瓦热量并不难。
不过这个数字是有前提的。
板子温度越高,辐射出去的热量越多;想靠升温把散热面积压下来,芯片本身的耐温上限又会拦住这条路。
太阳和地球送来的热量,同样会左右板子实际能散走多少热。
先按每平方米1300瓦、不考虑环境吸热做粗略计算:一座要排出100万瓦热量的机房,也得配上约770平方米的散热板,面积接近两个标准篮球场。
板子这么大,得折叠起来塞进火箭,入轨后再打开,热量还要靠管路输送到远处的板子上。
一旦展开机构卡死、循环回路出毛病,再贵的芯片也可能只能在天上闲置。
在老颜看来,算太空算力的账,这些开销都得一并算进去。
太阳光照射过来确实不用交电费,但接住阳光的太阳能板、把废热排走的散热系统,制造和发射都要花钱。
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