樹立創(chuàng)新旗幟 推進(jìn)全國(guó)科技創(chuàng)新中心建設(shè)

（《科技日?qǐng)?bào)》2019年1月11日 第7版）

編者按 改革開放四十年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)取得了全球矚目的成績(jī)，我國(guó)科技的發(fā)展也被烙上了鮮明的時(shí)代烙印。在不斷求真探索的過程中，“科學(xué)家精神”薪火相傳。老一輩科學(xué)家們見證了改革開放，青年科技工作者們?cè)诟母镩_放的背景下茁壯成長(zhǎng)。

新時(shí)代，我國(guó)科技的發(fā)展日新月異，在不少領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”“領(lǐng)跑”的轉(zhuǎn)變。圍繞提升自主創(chuàng)新能力，北京市科委近年來(lái)不斷強(qiáng)化政策引導(dǎo)，把創(chuàng)新作為引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，助力搭建高水平科技創(chuàng)新平臺(tái)、培育世界級(jí)創(chuàng)新人才和團(tuán)隊(duì)，加快建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心。

在2017年的北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目中涌現(xiàn)出了一批老科學(xué)家牽頭,青年科技工作者擔(dān)當(dāng)主力，聚焦基礎(chǔ)科學(xué)研究、服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略、拓展技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域、帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的獲獎(jiǎng)成果。本期，我們?yōu)槟榻B其中的兩個(gè)代表項(xiàng)目。

突破物理極限，探索未來(lái)科技的新材料

14年前，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位物理學(xué)家，安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫用膠帶剝離法成功地從石墨中剝離出石墨烯，僅在六年之后的2010年，二人就憑此獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

此后，全球科研人員對(duì)這種神奇的新材料進(jìn)行了不懈探索。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前有近5000家企業(yè)宣稱涉足石墨烯業(yè)務(wù)，全國(guó)各地成立了40多家石墨烯研究院、石墨烯產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和研發(fā)中心。相關(guān)學(xué)術(shù)研究也出現(xiàn)了“井噴”， 截至2017年底，我國(guó)發(fā)表的石墨烯相關(guān)學(xué)術(shù)論文數(shù)量躍居世界第一，總數(shù)近6萬(wàn)篇；截至2018年3月，全球石墨烯專利申請(qǐng)總數(shù)為63630件，我國(guó)占比54.14%。

“我國(guó)石墨烯行業(yè)良莠不齊，雖然產(chǎn)品數(shù)目眾多，但其中一些僅僅是概念，規(guī)模小，附加值不高。真正能體現(xiàn)出石墨烯的優(yōu)異性能、不可或缺的拳頭產(chǎn)品尚在探索中?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士劉云圻說。

產(chǎn)量低、質(zhì)量不高、成本居高不下等問題，一直制約著石墨烯進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化。“基礎(chǔ)研究還是需要進(jìn)一步做扎實(shí)、做透”。在他的帶領(lǐng)下，其課題組對(duì)于高質(zhì)量石墨烯的制備和電子學(xué)性能進(jìn)行了深入研究，開拓了石墨烯可控生長(zhǎng)的新概念和新方法，其成果“低維納米碳材料的可控生長(zhǎng)及其電學(xué)性能研究”獲得2017年度北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

最有可能取代硅的下一代新材料

近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，以硅材料為基礎(chǔ)的微電子工業(yè)發(fā)展迅猛，集成電路的集成度不斷提高，每隔18—24個(gè)月，集成電路上的元器件數(shù)目便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。但是，硅集成電路的器件尺寸日益逼近其物理極限，亟須開發(fā)新型電子材料，突破微電子技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

“以石墨烯為代表的碳納米材料是最有可能替代硅材料的下一代電子器件材料。”劉云圻表示，這是一種技術(shù)含量非常高、應(yīng)用潛力非常廣的新材料，具備高載流子遷移率、高載流子濃度、高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度等一系列優(yōu)勢(shì)，為人類開啟了從“硅時(shí)代”邁向“碳時(shí)代”大門的可能。

“厚度是發(fā)絲的萬(wàn)分之一，卻比鉆石還堅(jiān)硬”，劉云圻講到，石墨烯的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，但硬度要比鋼材堅(jiān)硬一百倍。此外，它還具有很高的透明性，單層石墨烯的透明度已經(jīng)能夠達(dá)到97.7%。石墨烯的載流子遷移率是硅的一百倍左右，且具有很好的導(dǎo)熱性能，是銅的十倍。

“既能做電極，又能做半導(dǎo)體、絕緣體。”對(duì)于石墨烯的未來(lái)，劉云圻充滿期待。他說，因?yàn)槌叽缧?，石墨烯在單位面積上可制備更多的器件，這大幅度提高了集成電路的集成度，能大幅增加芯片的容量?；谄鋬?yōu)異性能，石墨烯在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、光伏產(chǎn)業(yè)、鋰離子電池、航天、新一代顯示器等傳統(tǒng)領(lǐng)域和新能源、新材料等新興領(lǐng)域，都將帶來(lái)革命性的技術(shù)進(jìn)步。

始于偶然的科學(xué)發(fā)現(xiàn)

石墨烯是由一種單層碳原子層構(gòu)成的蜂窩狀晶格二維原子晶體。但目前市場(chǎng)上很多所謂的“石墨烯”良莠不齊，不少是由石墨片來(lái)代替的?！笆┦菃螌?、少數(shù)層的，十層以上就沒有什么特殊性能了，而石墨片都是多層的?！?劉云圻告訴記者，石墨烯最重要的指標(biāo)就是大面積、單晶、單層。

為了達(dá)到如此“苛刻”的標(biāo)準(zhǔn)，劉云圻課題組多次在制備工藝上進(jìn)行更新升級(jí)，但一直沒能達(dá)到預(yù)期。某次實(shí)驗(yàn)中，他們?cè)谂R近銅催化劑熔點(diǎn)的溫度進(jìn)行了石墨烯的生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，由于溫度控制的微小誤差，固態(tài)銅變成了液體?！拔覀凅@喜地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)銅變成液體后，竟然能夠更好地發(fā)揮催化劑的作用！”這樣的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步激發(fā)了他們探究的熱情。之后，課題組對(duì)液態(tài)金屬催化體系進(jìn)行了深入、細(xì)致的研究。他們發(fā)現(xiàn)，液態(tài)催化劑不僅能夠消除固態(tài)表面的不均勻性和晶界對(duì)石墨烯成核生長(zhǎng)的影響，大幅提高石墨烯的制備質(zhì)量；而且因其流動(dòng)性，更便于石墨烯的組裝與大面積生長(zhǎng)。此外還能有效控制石墨烯化學(xué)氣相沉積（CVD）生長(zhǎng)的成核過程，極大提高石墨烯的生長(zhǎng)速度，從而奠定其在電器件中大規(guī)模應(yīng)用的材料基礎(chǔ)。“很多科學(xué)發(fā)現(xiàn)都是來(lái)源于偶然。我們要做的，就是不放棄任何一個(gè)‘偶然’，并從中探求未知的‘必然’規(guī)律?！眲⒃欺吆苁桥d奮，他告訴記者，他們希望做出單層、單晶的石墨烯，不斷提升其質(zhì)量和純度。而基于其課題組的研究，未來(lái)高質(zhì)量石墨烯的量產(chǎn)指日可待。

利用在金屬催化劑表面生長(zhǎng)的石墨烯制備器件，往往需要面臨后續(xù)的轉(zhuǎn)移過程，在此過程中，石墨烯表面將產(chǎn)生大量的雜質(zhì)、褶皺以及破損等。如果可以在絕緣基底表面直接生長(zhǎng)石墨烯，或能有效地避免這一不利情況，并且還會(huì)大大簡(jiǎn)化石墨烯器件的加工制備過程。

然而，在絕緣基底上生長(zhǎng)的石墨烯由于催化活性低，制備出來(lái)通常晶疇較小且質(zhì)量不高。課題組再次向未知出發(fā)，提出了氧輔助化學(xué)氣相沉積方法，并實(shí)現(xiàn)了在介電層上石墨烯的直接生長(zhǎng)。通過基底預(yù)處理來(lái)增加氧懸鍵的數(shù)量，加強(qiáng)碳的沉積，從而直接在二氧化硅介電層或石英玻璃基底上制備了高質(zhì)量石墨烯。通過優(yōu)化生長(zhǎng)參數(shù)，課題組目前已經(jīng)在SiO2/Si的表面生長(zhǎng)出了10微米的石墨烯單晶。劉云圻告訴記者，單晶石墨烯陣列能保留單個(gè)單晶石墨烯片的優(yōu)秀電學(xué)性能，無(wú)缺陷和無(wú)晶界，易構(gòu)筑高性能的器件陣列和制備電路，不需要復(fù)雜的加工工藝。而在這個(gè)技術(shù)的催化下，能夠直接與硅電子學(xué)的加工工藝實(shí)現(xiàn)兼容，這些都為石墨烯器件的直接構(gòu)筑奠定了基礎(chǔ)。

調(diào)控性能，不斷拓展石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域

與此同時(shí)，劉云圻一直在思考，如何進(jìn)一步拓展石墨烯的應(yīng)用。要實(shí)現(xiàn)石墨烯在微電子器件中的應(yīng)用，還需打開帶隙和實(shí)現(xiàn)載流子極性的調(diào)控。“不僅要有P型半導(dǎo)體，還需要有N型半導(dǎo)體”，劉云圻講到，只有研制出N型半導(dǎo)體，才能夠拓展石墨烯在二極管和邏輯電路中的應(yīng)用，而摻雜是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的最有效手段之一。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)上率先制備了氮摻雜的石墨烯樣品，發(fā)明了高濃度氮摻雜的石墨烯單晶低溫生長(zhǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了石墨烯電學(xué)性能的有效調(diào)控，獲得了空氣中穩(wěn)定的N-型氮摻雜石墨烯單晶材料。

電極材料和界面修飾材料，是石墨烯的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。課題組同期開展了“石墨烯修飾金屬電極的界面工程”研究，采用圖案化的金屬層為催化劑實(shí)現(xiàn)了石墨烯的圖案化生長(zhǎng)和金屬電極的有效修飾，率先將石墨烯應(yīng)用于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OFET）器件中，為高性能、低成本有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備提供了有效途徑。

所有這一切應(yīng)用的前提是實(shí)現(xiàn)石墨烯的大規(guī)模可控制備。為解決這一問題，劉云圻課題組開發(fā)了一種模板CVD生長(zhǎng)石墨烯納米帶的方法，采用ZnS納米帶為催化劑和模板，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的形貌控制和大規(guī)模制備，得到規(guī)整結(jié)構(gòu)的石墨烯帶?！盎谑У募{米機(jī)電開關(guān)器件顯示出良好的開關(guān)性能，開關(guān)比達(dá)104—108?！?劉云圻說，該結(jié)果對(duì)實(shí)現(xiàn)石墨烯的最終應(yīng)用具有重要價(jià)值。

目前，其課題組已獲授權(quán)發(fā)明專利19項(xiàng)。“基礎(chǔ)研究是起點(diǎn)，同時(shí)我們也非常關(guān)注應(yīng)用技術(shù)和成果轉(zhuǎn)化?！眲⒃欺弑硎?，創(chuàng)新從來(lái)沒有終點(diǎn)，與產(chǎn)業(yè)的真正融合，將成為石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。

在新材料探索中，見證中國(guó)科技進(jìn)步

作為共和國(guó)同齡人，劉云圻的成長(zhǎng)伴隨著整個(gè)新中國(guó)的發(fā)展壯大。他見證了我國(guó)由弱變強(qiáng)，更見證了改革開放之后科技的迅猛騰飛。從最初的碳納米管到后來(lái)的石墨烯，探索的一路，劉云圻感受到國(guó)家對(duì)科技的關(guān)注與支持力度不斷加強(qiáng)，也感受到中國(guó)這些年來(lái)國(guó)際話語(yǔ)權(quán)的不斷提升?！澳壳笆┑闹苽浜彤a(chǎn)品的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，有許多都是中國(guó)科學(xué)家制定或參與制定的?！眲⒃欺叻浅Ｗ院?。

國(guó)家政策的轉(zhuǎn)變讓青年時(shí)期的劉云圻獲得了“自愿報(bào)名，群眾推薦”的機(jī)會(huì)，告別了知青生活，進(jìn)入南京大學(xué)讀書。大學(xué)畢業(yè)后他被分配到中科院，帶著滿腔抱負(fù)投入到科研工作中去，幾年后被中科院選派到日本繼續(xù)深造。在此過程中，劉云圻認(rèn)識(shí)到我們與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距，更加激發(fā)了他投身科研，報(bào)效祖國(guó)的熱情和決心。

改革開放之后,劉云圻在參加高效聚丙烯催化劑和芳綸紡絲研究工作時(shí),分別獲中科院重大科學(xué)成果獎(jiǎng)兩項(xiàng)和院科技成果二等獎(jiǎng)一項(xiàng)。1994年,他又獲得中科院自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。劉云圻逐漸在自己所研究的分子材料與器件領(lǐng)域成為頂級(jí)專家，為國(guó)內(nèi)分子材料與器件領(lǐng)域從國(guó)際上籍籍無(wú)名到接軌領(lǐng)先水平做出重要貢獻(xiàn)。其間，曾有國(guó)外科研機(jī)構(gòu)想留住他，但他堅(jiān)決不為所動(dòng)。他的心愿就是，把智慧和心血奉獻(xiàn)給眼前的事業(yè)，以科研成果回報(bào)國(guó)家。

如今，我國(guó)的石墨烯基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化研發(fā)工作已經(jīng)與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，處于全球第一方陣，尤其在產(chǎn)業(yè)化方面居于領(lǐng)先地位，劉云圻充滿了欣慰。針對(duì)多年以來(lái)困擾低維納米碳材料發(fā)展和影響其邁向產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵科學(xué)問題，其課題組的研究已經(jīng)持續(xù)了十多年的時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)室工作期間，劉云圻始終堅(jiān)持7:30開始工作，不到23:00不離開的習(xí)慣。近年來(lái)即便已經(jīng)臨近古稀，仍然堅(jiān)持21:30左右離開實(shí)驗(yàn)室?！俺顺鋈ラ_會(huì)，不論周六周日，還是國(guó)家法定假日，在辦公室內(nèi)總能看到劉老師的身影?！痹n題組成員于貴告訴記者，劉云圻每天都關(guān)注國(guó)內(nèi)外最新的研究進(jìn)展，和同學(xué)們探討科學(xué)創(chuàng)新的方法。“劉老師非常敬業(yè)，鼓勵(lì)自由的學(xué)術(shù)討論，科研上精益求精，不論為人還是做科研都非常謙遜?！庇谫F說，這種幾十年如一日，孜孜不倦、勇攀高峰的精神讓大家深受感染。

如今，劉云圻門下的不少學(xué)生已經(jīng)成長(zhǎng)為學(xué)科帶頭人?！氨热缬谫F、胡文平、占肖衛(wèi)和孫艷明，均已榮獲‘國(guó)家杰青’；獲中科院百人計(jì)劃、科技部‘萬(wàn)人計(jì)劃’領(lǐng)軍人才、‘國(guó)家優(yōu)青’等的學(xué)生則更多一些?！眲⒃欺呷鐢?shù)家珍?！伴L(zhǎng)江后浪推前浪，希望學(xué)生們都能比我更優(yōu)秀，出更多的成果。”這是作為老師的劉云圻的熱切期待。

“工作要有原創(chuàng)性、要對(duì)學(xué)科有發(fā)展、有比較重大的國(guó)際影響”是劉云圻一直以來(lái)對(duì)于自己的要求。讓他更加欣慰的是，看到當(dāng)前國(guó)家從戰(zhàn)略上重視石墨烯，并不斷給予積極的扶持，政產(chǎn)學(xué)研協(xié)力推進(jìn)?！皣?guó)家現(xiàn)在對(duì)科研人員的政策不斷改進(jìn)，對(duì)基礎(chǔ)研究更加重視，青年人比我們年輕時(shí)候有了更好的科研條件、更寬松的科研氛圍、更充足的經(jīng)費(fèi)保障……”他希望，未來(lái)能有更多的年輕人從事這個(gè)領(lǐng)域的研究，共同為我國(guó)科技的發(fā)展不斷探索新的材料。

貯箱里面變魔法，衛(wèi)星在軌延壽命

2018年11月19日，中國(guó)利用“一箭雙星”發(fā)射方式，再次將兩顆北斗衛(wèi)星送入軌道。截至2018年11月底，以長(zhǎng)征五號(hào)發(fā)射、嫦娥四號(hào)探月、北斗衛(wèi)星組網(wǎng)為代表，我國(guó)在2018年已經(jīng)進(jìn)行了34次航天發(fā)射活動(dòng)，發(fā)射次數(shù)遙遙領(lǐng)先于其他航天發(fā)射大國(guó)。

在這些重要的航天器中，微重力流體的高效管理和高精度控制至關(guān)重要。目前，我國(guó)已經(jīng)自主研制成功了板式表面張力貯箱系統(tǒng)，并成為世界上第二個(gè)掌握基于板式表面張力貯箱的衛(wèi)星推進(jìn)劑在軌加注關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)家。而更令人贊嘆的是，研制這些技術(shù)的是中國(guó)航天科技集團(tuán)北京控制工程研究所的一支年輕的“80后”團(tuán)隊(duì)。

歷時(shí)十年攻關(guān)，該團(tuán)隊(duì)?wèi){借“微重力流體高效管理與高精度控制技術(shù)及工程應(yīng)用”項(xiàng)目，獲得2017年度北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

填補(bǔ)板式貯箱空白，實(shí)現(xiàn)流量的高精度測(cè)量

在軌衛(wèi)星是對(duì)國(guó)家安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義的空間資源。衛(wèi)星的成本很高，而目前衛(wèi)星壽命的終結(jié)主要源于推進(jìn)劑耗盡和管理失效，如果能在太空為其補(bǔ)加燃料，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星推進(jìn)劑的重復(fù)加注和高效利用，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益將十分可觀。

通常，衛(wèi)星貯箱中的流體都是由惰性氣體和推進(jìn)劑組成，根據(jù)需求將液體推進(jìn)劑擠壓進(jìn)衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)。與地面環(huán)境不同的是，在微重力環(huán)境下，氣液不會(huì)出現(xiàn)上下分層，而是處于懸浮狀態(tài)。要為在軌衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)提供不夾氣的推進(jìn)劑，最大限度實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的有效利用，就需要克服四大難題：難定位、難測(cè)量、難控制、難補(bǔ)給。

“我國(guó)以往的貯箱中，大部分用的都是網(wǎng)式表面張力貯箱，利用毛細(xì)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的管理。由此帶來(lái)的問題是，由于結(jié)構(gòu)限制，在微重力環(huán)境下網(wǎng)式表面張力貯箱的流體阻力非常大，因而不能大流量、重復(fù)加注，相對(duì)板式表面張力貯箱存在重量偏大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的劣勢(shì)。”項(xiàng)目主要完成人之一、北京控制工程研究所“80后”高級(jí)工程師莊保堂介紹，為解決這一問題，他們經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，摸索出微重力流體在輻射狀蓄液片與圓錐外殼結(jié)合結(jié)構(gòu)的蓄留穩(wěn)定性規(guī)律，由此發(fā)明了我國(guó)首個(gè)輕質(zhì)長(zhǎng)壽命雙葉片板式貯箱。它的蓄液器內(nèi)部金屬板呈輻射狀排列，而主導(dǎo)流板內(nèi)部則是內(nèi)外交錯(cuò)分布的導(dǎo)流葉片，可實(shí)現(xiàn)氣液高效分離和推進(jìn)劑貯箱的在軌重復(fù)加注，擠出效率達(dá)99.85%，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

 “板式貯箱的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是能夠確保把液體排出同時(shí)不排出氣體，二是可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的大流量可重復(fù)加注?！鼻f保堂講到，板狀的結(jié)構(gòu)能夠解決蓄留液體的問題，同時(shí)能夠?qū)⒁后w傳輸?shù)街付ㄎ恢?。通過微重力落塔實(shí)驗(yàn)，他們獲得了微重力液體蓄留規(guī)律、傳輸速度等特性，由此設(shè)計(jì)并優(yōu)化了板式貯箱的結(jié)構(gòu)。研制過程中，團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)過反復(fù)設(shè)計(jì)、數(shù)值仿真、微重力試驗(yàn)、地面試驗(yàn)，多次進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，完成了樣機(jī)研制，最終形成了板式貯箱產(chǎn)品研制。

與此同時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)也在思考，如何提升剩余流量的測(cè)量精度，來(lái)更加精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)衛(wèi)星使用壽命?！耙酝话闶峭ㄟ^壓力、溫度變化等參數(shù)來(lái)計(jì)算。當(dāng)預(yù)測(cè)到推進(jìn)劑燃料即將用完時(shí)，會(huì)讓衛(wèi)星離軌。”但這些方式的估算精度比較低，大約誤差正負(fù)六個(gè)月左右。其團(tuán)隊(duì)腦洞大開，創(chuàng)造性地發(fā)明了一種適用于衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)的高精度超聲波流量計(jì)，可以通過超聲波的方式，以其穿過液體的時(shí)間差來(lái)測(cè)算流速，進(jìn)一步計(jì)算推進(jìn)計(jì)量。該項(xiàng)技術(shù)將測(cè)量精度提高了一倍，衛(wèi)星壽命估算誤差降到了正負(fù)三個(gè)月，從而有效節(jié)省了衛(wèi)星成本。目前，已經(jīng)完成了在軌驗(yàn)證，并將應(yīng)用于東方紅五號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)研制。

著眼技術(shù)細(xì)節(jié)，開拓流體管理系統(tǒng)的工程應(yīng)用

 “天高地迥，覺宇宙之無(wú)窮?！痹诓粩嘌鐾强盏倪^程中，新一代航天人正著眼當(dāng)下每一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)，精益求精。

無(wú)論是流量的驅(qū)動(dòng)還是液體的傳輸，泵都是其中的核心部件。目前空間上所使用的泵大部分都是通過電機(jī)主軸直接驅(qū)動(dòng)的，以電機(jī)軸驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，從而把液體輸送出去，但這種結(jié)構(gòu)不能很好地解決介質(zhì)相容性問題。莊保堂團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種通過磁力驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，從而把電機(jī)與葉輪完全隔離開，完美解決了推進(jìn)劑對(duì)電機(jī)的腐蝕性問題。

此外，想要完成重復(fù)加注任務(wù)，服務(wù)衛(wèi)星和在軌衛(wèi)星需要進(jìn)行對(duì)接，在太空進(jìn)行這種無(wú)人操作，復(fù)雜性高、難度大，且對(duì)于對(duì)接精準(zhǔn)度的要求極高。項(xiàng)目組研究出了一種基于球面軸承和浮動(dòng)彈簧組的五自由度位置與姿態(tài)誤差方法，建立起接口柔順對(duì)接動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并提出一種基于螺線管式的電磁驅(qū)動(dòng)鎖緊方法和復(fù)合式接口密封結(jié)構(gòu)，解決了衛(wèi)星密封接口高精度、自導(dǎo)向、柔順自主對(duì)接等難題。

目前，“微重力流體高效管理及其高精度控制技術(shù)”已經(jīng)推廣至多家單位，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，切實(shí)服務(wù)于我國(guó)通信、遙感、科學(xué)探測(cè)等國(guó)家重大工程。該系列技術(shù)應(yīng)用在40顆高低軌衛(wèi)星，全面提升了我國(guó)衛(wèi)星的技術(shù)水平和品質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)多顆衛(wèi)星出口，服務(wù)“一帶一路”倡議。此外還帶動(dòng)了相關(guān)流體類產(chǎn)品的研制和應(yīng)用，比如貯箱類、流量計(jì)類、微型泵、傳感器類、閥門類等前沿技術(shù)研究和產(chǎn)品研制。該套技術(shù)正轉(zhuǎn)化于其他民用領(lǐng)域，如人工心臟泵、醫(yī)療計(jì)量器械、汽車熱控系統(tǒng)等。

新時(shí)代航天探索，不斷邁向遠(yuǎn)方

改革開放以來(lái)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力穩(wěn)步提升，不僅為航天事業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)，更注入了寶貴的無(wú)形資產(chǎn)，創(chuàng)新意識(shí)、以人為本、可持續(xù)發(fā)展等伴隨著改革開放誕生成長(zhǎng)的先進(jìn)理念，使航天事業(yè)獲得了更加強(qiáng)大的加速推力。

莊保堂是2011年來(lái)到中國(guó)航天科技集團(tuán)北京控制工程研究所工作的。當(dāng)時(shí)，我國(guó)的航天正處于蓬勃發(fā)展期，這也是他工作之后參與的第一個(gè)重要項(xiàng)目。團(tuán)隊(duì)共有十多個(gè)人，基本上都是跟他同齡的“80后”們，充滿了銳氣?！昂教靾?bào)國(guó)的夢(mèng)想，讓大家凝聚在一起。這些年輕人都?jí)粝胫约旱目蒲谐晒軌蝻w向太空，那會(huì)有無(wú)限的自豪感。”他說。

“項(xiàng)目的首席專家潘海林，以及副所長(zhǎng)李永給我們年輕人奠定了很好的研究基礎(chǔ)。”在團(tuán)隊(duì)中，莊保堂主要負(fù)責(zé)課題的組織、任務(wù)的分解、貯箱的研究等，“老專家?guī)ш?duì)把關(guān)，年輕人把人員組織好、把活兒做好。”他說?？蒲羞^程不是一蹴而就的，總會(huì)面臨很多新問題，需要團(tuán)隊(duì)攜手一步步攻克。莊保堂清晰地記得，在最初缺少資料的情況下，團(tuán)隊(duì)每天頭腦風(fēng)暴做多輪設(shè)計(jì)，加班已成為家常便飯，甚至放棄節(jié)假日；在樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試階段，有任何一項(xiàng)指標(biāo)不合格，都會(huì)仔細(xì)地去尋找原因，重新修改與優(yōu)化?！霸谶@樣的不斷試錯(cuò)中，獲取了更多的技術(shù)更新和經(jīng)驗(yàn)積累?！?/p>

作為在改革開放背景下成長(zhǎng)的青年科技工作者，莊保堂切身感受到了國(guó)家對(duì)于年輕人創(chuàng)新的鼓勵(lì)，感受到老一輩航天人對(duì)年輕人的支持和肯定，讓年輕人沖在前面，讓他們首先享受到豐收的果實(shí)。無(wú)論是科研經(jīng)費(fèi)，還是職稱評(píng)定、獎(jiǎng)勵(lì)申報(bào)，都給了年輕人足夠的科研動(dòng)力。此外，舍得投入、寬容失敗，鼓勵(lì)大家放心去做、大膽去想的機(jī)制激勵(lì)著他們一步步推進(jìn)創(chuàng)新與變革。莊保堂講到，正是一次次的大膽嘗試，否定再否定、顛覆再顛覆，讓他們快速成長(zhǎng)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局2015年發(fā)布的《NASA技術(shù)路線圖》將“推進(jìn)劑儲(chǔ)存與輸送”列入空間推進(jìn)技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。我國(guó)《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》將“深空探測(cè)及空間飛行器在軌服務(wù)與維護(hù)系統(tǒng)”列入重大項(xiàng)目，在軌存儲(chǔ)與補(bǔ)給是該項(xiàng)目的核心支撐技術(shù)。

“改革開放為我國(guó)的航天事業(yè)注入了強(qiáng)大動(dòng)力?！鼻f保堂對(duì)于自己所從事的領(lǐng)域充滿了信心，“我們現(xiàn)在已經(jīng)逐步邁入航天強(qiáng)國(guó)。很榮幸自己能夠成為其中的一份子，作為在改革開放中成長(zhǎng)的新一代青年，我們將繼續(xù)不斷探索，把個(gè)人選擇和國(guó)家需要聯(lián)系在一起，為祖國(guó)贏得榮譽(yù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值，與祖國(guó)的科技進(jìn)步同行?！?/p>

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