從研發探測火星必不可少的光學元件,到為我國首飛成功的新一代大型運載火箭長征五號結構減重645公斤,越來越多的遼寧青年科技人才奮戰在科研一線,秉承著老一輩科技報國的理想與熱情,揮灑著青春熱血,也譜寫了作為“共和國長子”的老工業基地發展的新篇章。
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走進遼寧科技大學化工學院博士生導師胡知之的辦公室,可以看見幾卷1米寬的透明薄膜,這種厚度不及一根頭髮絲的薄膜雖然看起來“貌不驚人”,卻有著驚人的韌性,它能耐零下200℃到零上300℃的低、高溫。
作為“天問一號”火星探測車集熱器光學元件材料,這卷薄膜中的一部分展開了漫長的星際航程,隨“天問一號”登陸遙遠的火星。
從研發探測火星必不可少的光學元件,到為我國首飛成功的新一代大型運載火箭長征五號結構減重645公斤,越來越多的遼寧青年科技人才在奮戰在科研一線,秉承著老一輩科技報國的理想與熱情,揮灑著青春熱血。
“月球定製”“火星定製”不能有絲毫差錯
2000年,胡知之留學日本取得博士學位,並當選日本光化學協會會員。當時日本幾家國際知名企業向他伸出橄欖枝,但他放棄了國外優厚的待遇,作為鞍山市引進的高階人才和遼寧科技大學特聘教授、功能材料學科帶頭人回國創業,並於當年組建了功能材料實驗室。
如今,這支由30人組成、平均年齡不超過36歲的團隊先後主持完成了國家科技部973、863計劃專案(子課題),國家教育部、遼寧省自然科學基金專案等多個專案。
科研目標的實現與實驗目的的達成,不是一朝一夕。“實驗不順利是常態,每天面對的就是各種層出不窮的問題。”在胡知之看來,榮譽意味著期待和壓力,每個階段性的進展背後都有大量密集的實驗支撐。
2005年,團隊中最年輕的教師王永飛正在讀研二,提前完成畢業設計後加入了團隊。
那時的他就像一個獨行俠,每天早出晚歸埋頭實驗。一年後,他拿出了亮眼的成果,成功地實現了光化學反應的多反應器整合和放大實驗。
為了探索批次生產的工藝,需要進行多次迴圈放大實驗,這時,意想不到的考驗來了,醋酸酐等反應試劑的腐蝕性和光化學反應所使用的紫外燈讓王永飛的眼睛受到了強烈刺激直至無法繼續工作,無奈之下他只能退居“二線”,指導著防護升級、全副武裝的學生們繼續進行實驗。
實驗留給他的另一個“烙印”是嗅覺的衰退,他要像“獵犬”一樣專心才能捕捉到不及正常人一半的味道。
他們的研究成果OEL發光材料和OLED顯示器件的研發與製備技術於2006年獲得認證,但幾經波折卻終因各方面條件不成熟最終沒有實現落地轉化。
在團隊成員心裡,束之高閣的科研成果已失去了意義。基於對未來顯示領域的產業發展趨勢判斷,他們進而選擇了開發無色透明耐高溫聚醯亞胺薄膜的研究方向。
團隊還引進了從北京航空航天大學畢業的魯雲華博士,她讀博期間一直從事聚醯亞胺材料應用的開發工作。
魯雲華不僅為團隊輸入了新鮮血液,更讓大家看到了聚醯亞胺材料在航天領域應用的廣闊前景。這與胡知之當年回國時的抱負不謀而合,瞄準科技前沿,解決卡脖子問題。
技術上的攻堅難度可想而知,資金受限“無米下鍋”也是常事。他們攻克重重難關,終於在2016年完成了全部國產化的具有自主智慧財產權的原材料單體的小試、中試和批次生產,以及耐高溫無色透明聚醯亞胺薄膜製備的小試、中試、工業化生產工藝技術研究工作,並由此與航天事業結緣。
2016年9月,30微米CPI卷膜作為嫦娥五號著陸器多層熱控元件被採用,2017年4月,42微米CPI卷膜作為火星探測車集熱器光學元件材料被採用。
他們深知,國家急需就是政治任務,更是難得的榮譽,一定要保質保量完成,無論是“月球定製”還是“火星定製”都不能有絲毫差錯。
胡知之的助手趙洪斌回憶,2016年8月,一年中最熱的時節,他們在揚州一家企業進行CPI薄膜國內首次生產除錯,在高溫的爐口揮汗如雨反覆觀察分析,根據出膜情況不斷調整裝置引數。
半個多月的“蒸”“烤”模式之後,配方和技術都更加穩定,完全合乎航天使用標準。接著這兩個大男人又像繡花一樣,一寸一寸小心翼翼地把比頭髮絲還薄的CPI薄膜拉出收卷。
目前,航天五院已將耐高溫CPI卷膜材料列入中國航天科技集團企業產品名錄,並將遼寧科技大學批准為航天五院合格供應單位。
胡知之感嘆,科研初心就是要將科研成果轉化為生產力,研製出實用化的產品。但科技成果轉化的真正落地與實現,還面臨巨大的挑戰。科研成果轉化的核心技術,需經過小試、中試放大、工程化實驗、全套工藝引數的最佳化與論證。不僅如此,還要有新產品的經濟效益評價、市場發展趨勢的吻合度、市場和應用場景是否已經或即將形成較大規模、產品可應用領域的多樣性等一系列的評估與評價。
近年來,遼科大出臺了一系列新政策,助推了學校教師科研專案的迅速轉化。“十三五”以來,學校承擔各級各類科研專案1969項,授權專利823件。
一線淬火 百鍊成鋼
熱氣蒸騰,機器轟鳴,高大寬敞的熱軋車間內,生產線上無縫鋼管不時奔流而過,走進寶武集團煙臺魯寶鋼管廠,全球首套可實現精確控溫與直接淬火工藝功能的熱軋無縫鋼管控制冷卻工業化裝備正在晝夜不停地運轉。
熱軋無縫鋼管,是油氣鑽採、裝備製造等領域不可替代的安全材料。然而,由於缺乏有效的效能調控手段,這種產品的生產能耗相當於熱軋帶鋼的近兩倍,嚴重製約了產品的綠色升級。
問題導向,為國擔當。東北大學軋製技術及連軋自動化國家重點實驗室主任袁國帶領青年科研骨幹,和寶鋼股份中央研究院、鋼管條鋼事業部產學研合作,夜以繼日地奮戰,歷經7年終於攻克這一難題。
這項成果,顛覆了傳統鋼管的生產工藝流程,使熱軋無縫鋼管噸鋼成本降低約300-500元,企業近3年增收3.2億元,並已成為寶武集團的平臺性關鍵技術。
42歲的袁國在博士研究生期間,師從我國著名的金屬壓力加工專家、中國工程院院士王國棟教授。
“國產輥式淬火機首臺(套)的從無到有、熱連軋無縫鋼管線上組織形態調控關鍵技術與裝備的重大突破,以及電工鋼薄帶連鑄工業化關鍵技術的自主創新突破,關關難過的‘硬骨頭’專案,都能看到袁國的身影,那百折不撓的抗擊打能力、不成功絕不罷休的韌勁兒,讓我們看到了中國鋼鐵事業的希望!”談起自己的學生,王國棟院士很自豪。
為突破熱軋無縫鋼管技術瓶頸,袁國2014年暑期在寶鋼集團煙臺魯寶鋼管廠做中試實驗,由於車間溫度高,穿著厚厚的工作服,幾天下來後背又痛又癢,捂出了好多痱子。
“中試期間,為分析鋼管的冷卻效果,袁老師在現場多次近距離記錄、觀察、分析鋼管冷卻後的圓周溫度,在高溫烘烤下,工作服是溼透了又烤乾。針對除錯過程中存在的問題,袁老師和團隊成員邊研討分析,邊論證計算,常常工作到後半夜。”博士生李雲傑回憶,正是團隊在一線的摸爬滾打,最終揭示了無縫鋼管環形斷面冷卻機理,為開發熱軋鋼管冷卻技術奠定了堅實的理論基礎。
2016年10月25日深夜,袁國終生難忘,熱軋無縫鋼管線上直接淬火,冷後鋼管管形和組織效能都達到了預定目標。“我們成功了!”大家激動得徹夜不眠,留下了喜悅的淚水!
袁國他們一鼓作氣,2018年,與寶鋼科技人員合作建設的世界第一條無縫鋼管控軋控冷生產線在山東煙臺魯寶鋼管有限責任公司建成投產,產品質量與效果得到使用者高度認可。
言傳身教,薪火相傳。袁國說,導師王國棟院士給自己最深的影響就是對國家的責任擔當、對專業的赤誠熱愛和對創新求真的執著追求。
“年輕人挑大樑,正是實驗室創新的隱形利器。我們注重在生產實踐中培養年輕人,注重實幹、實績、實效,鼓勵年輕教師和學生在大專案中磨鍊、摔打,有擔當,快成長,在一線百鍊成鋼。”袁國表示。
十年鑄“箭” 向天圖強
凌晨,大連理工大學工業裝備結構分析國家重點實驗室依然燈火通明,正在運轉的是青年科學家王博教授帶領結構強度與輕量化設計團隊自主研發的2500噸高精度拉壓載入試驗檯。
隨著又一次大型結構實驗成功後的歡呼,這支平均年齡38歲的年輕團隊正在熱烈討論實驗過程的細節問題。
正是在這間實驗室內,王博帶領團隊專注結構強度與輕量化設計領域14年。2016年,為我國首飛成功的新一代大型運載火箭長征五號結構減重645公斤。2019年,他們設計的全新結構方案,在前期基礎上為長五B運載火箭進一步實現結構減重近500公斤,為火箭成功飛天發揮了重要作用。
航天強國的核心在於航天裝備,而輕量化是航天裝備設計永恆的主題。
早在2007年,師從程耿東院士的青年科學家王博便與航天結緣,他秉承老一輩大工人科研報國的志向,瞄準國家重大需求和學術前沿,以年輕科技工作者的定力與恆心,潛心研究火箭、導彈結構研製中的關鍵力學問題。
在進入航天領域之初,王博就遇到一個棘手的問題。當時我國新一代大直徑運載火箭長征五號運載能力低於預期,急需依靠結構減重才能達到目標。
“火箭外殼的相對厚度甚至比雞蛋殼還要薄,既要進行輕量化設計,又要能夠保證巨大承載的安全可靠,這本身其實是一對矛盾問題。”王博回憶,當時更大的困難,是需要在經過反覆論證的成熟方案上再做減重。
“細緻程度猶如繡花一樣,我們和航天工程師一道,是一克一克減下來的。”王博帶領團隊從結構原理出發,創新結構形式,精細化結構設計,同時還要考慮製造的可行性。經過反覆思考、模擬、運算……他們和航天工程師一起經過8年努力,終於成功為長征五號運載火箭實現結構減重645公斤,跨越式提升了我國彈箭體承力艙段的承載效率。
他們的原理性設計,實現源頭創新,達到了舉一反三的目的,被寫入我國3項航天行業標準,後期被應用到多個火箭結構當中,持續為我國航天事業發揮作用。
憑藉突出的科研成果,2015年王博入選教育部首批青年長江學者,2018年獲得國家傑出青年科學基金支援。2020年,42歲的王博作為負責人的“結構強度與輕量化設計團隊”入選國防科工局國防科技創新團隊,相關學術成果透過2020年國家技術發明二等獎會議初評。
“和航天工程師一起工作,是我們快速成長的關鍵。”王博繼承了大工力學系老一輩力學家的深刻認識:“想要服務國家需求,就要置身需求一線,只有這樣才能深刻理解需求中的關鍵問題,從而更好服務國家需求。”
長征五號B運載火箭型號辦公室發來的感謝信寫道:“大連理工大學研發的航天新型輕質高承載結構及其高效最佳化設計技術,實現了箭體結構大幅減重,為保障火箭運載能力和多次關鍵技術攻關發揮了重要作用,長征五號B火箭首飛的成功發射凝聚著你們的智慧與奉獻。”
中青報·中青網記者 王晨 來源:中國青年報
來源: 中國青年報