本報記者 徐靖
習(xí)近平總書記指出，要強化國家戰(zhàn)略科技力量，提升國家創(chuàng)新體系整體效能。國家實驗室、國家科研機構(gòu)、高水平研究型大學(xué)、科技領(lǐng)軍企業(yè)都是國家戰(zhàn)略科技力量的重要組成。各個主體互為補充又各有側(cè)重，從按照“四個面向”的要求，到以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，從成為基礎(chǔ)研究的主力軍和重大科技突破的生力軍，到整合集聚創(chuàng)新資源，共同構(gòu)成國家創(chuàng)新能力體系，為實現(xiàn)高水平科技自立自強貢獻力量。文化版今起推出“科技自立自強·強化國家戰(zhàn)略科技力量”系列報道，聚焦不同科研機構(gòu)、大學(xué)、企業(yè)、新型研發(fā)機構(gòu)的科技成果和創(chuàng)新故事，感受我國科研創(chuàng)新的強勁動能。
——編 者
距離地球3.2億公里的遙遠星球上，在約9分鐘的時間里，從約2萬公里/小時減速至0，在隕石、沙塵暴等惡劣環(huán)境威脅下自主完成一系列復(fù)雜降落動作，在著陸緩沖機構(gòu)的保護下抵達星球表面。
這是探測器著陸火星所需要經(jīng)歷的過程。通信信號由火星傳到地球至少要十幾分鐘，無法實時監(jiān)控，因此，這段異常復(fù)雜危險的著陸過程，也被稱為“恐怖9分鐘”。
迄今為止，人類已經(jīng)發(fā)射了50多個火星探測器，但只有18次成功登陸。2021年5月，我國火星探測器天問一號成功著陸在火星表面。
得知消息，在中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院(以下簡稱中科院合肥研究院)，有一群人興奮之余，頗覺寬慰。為保障天問一號安全軟著陸，他們設(shè)計了基于高吸能合金的緩沖元件，利用其高塑性和高吸能性吸收著陸時的沖擊能。這也是在“嫦娥鋼”的基礎(chǔ)上，通過特殊的組織調(diào)控技術(shù)形成的、具有極高吸能性的新材料，可以說是“嫦娥鋼”的“進化型”。
一塊“嫦娥鋼”，牽動探月、探火工程
“這就是由‘嫦娥鋼’制成的兩種緩沖元件，分別是拉桿和限力桿。兩種緩沖元件被分別安裝在探測器的‘輔助腿’以及探測器與‘腿部’的連接處�！痹谥锌圃汉戏恃芯吭汗腆w所，助理研究員趙莫迪指著兩個元件說：“‘嫦娥鋼’外表看上去與普通鋼材并無二致，但它不僅可以很硬，還能像橡皮筋一樣被拉得很長，‘既硬又軟’。在天問一號著陸過程中，它們通過自身拉長變形和彎曲變形來吸收能量，‘犧牲自己’以保護探測器順利著陸�！�
恐怕很多人都不會想到，探索月球和火星如此偉大的工程，會與一種材料的研發(fā)息息相關(guān)。
時間退回到2006年，探月工程二期已經(jīng)進入緊張的工程實施階段，而實現(xiàn)嫦娥三號在月面安全軟著陸是探月工程二期的最終目標。如何實現(xiàn)？急需一種新型緩沖吸能拉桿材料，要求強度適中、塑性突出、單位質(zhì)量吸能優(yōu)異、環(huán)境適應(yīng)性良好。
材料研發(fā)關(guān)系到設(shè)計方案的成敗。常規(guī)超塑性合金需要高溫才能展現(xiàn)其超塑性，無法在航天器上應(yīng)用；單晶材料塑性優(yōu)異，但強度不足；復(fù)合材料強韌性可調(diào)，但塑性不能滿足所涉及要求……怎么辦？最終，中科院合肥研究院固體所研究員韓福生率先研究出了完全滿足設(shè)計要求的新型高吸能合金。
“綜合分析下來，設(shè)計部門提出的新型緩沖材料具有極大挑戰(zhàn)性，沒有固有經(jīng)驗可循，只能另辟蹊徑，從基礎(chǔ)研究源頭出發(fā)，探尋創(chuàng)新的路徑�！被叵肫甬�(dāng)時的情況，韓福生依然歷歷在目。
時間緊，任務(wù)重，再多困難也要克服。從合金成分設(shè)計、晶體組織調(diào)控、精密熔煉以及加工成型技術(shù)等研制環(huán)節(jié)入手，歷時6年，韓福生研究團隊終于拿出了材料工藝和產(chǎn)品研制的系統(tǒng)解決方案。
不過，“萬里長征”才邁出了第一步。在進行著陸緩沖機構(gòu)地面沖擊試驗時，提交的近2000件試驗件中有兩件拉桿出現(xiàn)異常斷裂。從科學(xué)研究角度來講，成功率已非常之高，然而對于航天任務(wù)，這樣的產(chǎn)品合格率遠遠達不到要求。
韓福生鉚足勁頭，從不合格產(chǎn)品的失效分析入手，探尋問題癥結(jié)；實際模擬相關(guān)實驗場景，重復(fù)熔煉過程，以復(fù)現(xiàn)問題，再有針對性地采取有效措施，大幅度提高了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性，為嫦娥三號、嫦娥四號圓滿登月，為天問一號圓滿登陸火星做出了重要貢獻，真正實現(xiàn)了中國深空探測器著陸緩沖系統(tǒng)的完全自主化。
近年來，韓福生團隊已經(jīng)研發(fā)出不同特性的系列“嫦娥鋼”，并實現(xiàn)了30噸級合金批量冶煉生產(chǎn)；基于“嫦娥鋼”的新型水路橋梁防撞阻尼結(jié)構(gòu)、直升機抗墜毀起落架、鐵路減震器等結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了推廣應(yīng)用，為航天技術(shù)服務(wù)國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場做出了貢獻。
屢創(chuàng)新紀錄，“人造太陽”裝置持續(xù)“燃燒”
2021年12月，被譽為“人造太陽”的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)再創(chuàng)世界紀錄——實現(xiàn)1056秒的長脈沖高參數(shù)等離子體運行，這是目前世界上托卡馬克裝置實現(xiàn)的最長時間高溫等離子體運行。
“EAST是中國自主研發(fā)的，世界上第一個全超導(dǎo)磁體、非圓截面托卡馬克實驗裝置，它擁有類似太陽的運行機制，因此又有‘人造太陽’之稱。”中科院合肥研究院副院長、等離子體所所長宋云濤說：“EAST像一個圓環(huán)形的‘大罐子’，在它的內(nèi)部，集成了‘超高溫’‘超低溫’‘超高真空’‘超強磁場’‘超大電流’等極端環(huán)境�！�
天上明明有太陽，為什么還需要“人造太陽”？
這是人類讓核聚變成為未來清潔新能源所做的努力。煤、石油、天然氣未來有枯竭的風(fēng)險，還存在一定的環(huán)境污染。而風(fēng)能、水能、太陽能等新能源又受限于天氣或地理條件等限制，難以滿足需要�！叭嗽焯枴币坏⿲崿F(xiàn)，能源危機將迎刃而解，一些因能耗限制而難以開展的活動，比如海水淡化、星際航天等，可以大規(guī)模開展，進而帶來生產(chǎn)、生活的巨大進步。
EAST裝置運行15年來，在穩(wěn)態(tài)等離子體運行的工程和物理成果上繼續(xù)保持國際引領(lǐng)。EAST裝置取得的系列創(chuàng)新成果，為自主建造聚變工程實驗堆提供了重要的實驗基礎(chǔ)。此外，伴隨著聚變研究衍生出一系列重要創(chuàng)新成果，中科院合肥研究院已經(jīng)逐漸形成超導(dǎo)技術(shù)、低溫技術(shù)、等離子體技術(shù)、生物技術(shù)、材料技術(shù)、機器人技術(shù)等多個產(chǎn)業(yè)技術(shù)板塊，推動一大批高新技術(shù)成果實現(xiàn)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。
另一個大科學(xué)裝置——穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置也在發(fā)揮重要作用。“穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，可以為前沿研究提供極端實驗環(huán)境。此前，全世界只有4個國家有這種設(shè)施，我們現(xiàn)在是國際五大穩(wěn)態(tài)強磁場實驗室之一，部分指標創(chuàng)造了世界紀錄�！敝锌圃汉戏恃芯吭簭姶艌鲋行母敝魅纹れZ介紹，在強磁場這樣的極端條件下，物質(zhì)的性質(zhì)會發(fā)生變化，有利于發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、認識新規(guī)律，從而發(fā)展出新技術(shù)。
據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2021年9月，穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置共運行了45萬多個小時，為國內(nèi)外150多家單位提供了實驗條件，開展了近2700項課題的研究、發(fā)表論文1700余篇。
大科學(xué)裝置集高精尖技術(shù)于一身，其承載的意義早已不止追求科學(xué)目標本身。宋云濤說，從一定程度上說，大科學(xué)裝置充分體現(xiàn)了一個國家的綜合科技實力。
科研國家隊，以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向
“作為科研國家隊，中科院合肥研究院以承擔(dān)國家重大科研任務(wù)為主，大科學(xué)裝置在這個過程中地位十分重要，圍繞大科學(xué)裝置開展科研攻關(guān)，完成國家重大專項任務(wù)，這個定位比較明確�！表n福生說。
為了一塊“嫦娥鋼”，韓福生攻關(guān)多年，歷經(jīng)諸多艱難，但他說沒什么。“作為科研人員，每個人都希望把自己的工作做好，做出成果。”韓福生說：“航天領(lǐng)域的研究意義大、責(zé)任重，一定程度上影響國家戰(zhàn)略和國際聲譽，所以需要高度的責(zé)任感和使命感，我相信這是每一個承擔(dān)重大科研任務(wù)的工作人員都應(yīng)該有的覺悟。”
國家科研機構(gòu)是國家戰(zhàn)略科技力量的重要組成部分，對于中科院合肥研究院來說，培養(yǎng)更多優(yōu)秀的科研人員，加快建設(shè)原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，就是一直努力的方向。
為此，中科院合肥研究院形成了較為完善的人才培養(yǎng)體系。發(fā)揮領(lǐng)軍人才“頭雁”效應(yīng)和大科學(xué)裝置“磁吸”作用，持續(xù)引進優(yōu)秀科學(xué)家，努力形成“靶向引才”“精準育才”的人才工作格局；根據(jù)各科研單元的學(xué)科特點和發(fā)展方向，科學(xué)規(guī)劃、調(diào)整人員結(jié)構(gòu)與層次；通過多種途徑拓寬各類青年科技基金資助的機會和比例，營造人才宜居“小生態(tài)”，構(gòu)造優(yōu)秀人才脫穎而出的機制和環(huán)境；廣開國際合作渠道，不斷提升人才國際化程度。
截至目前，中科院合肥研究院有職工2700余名，領(lǐng)軍人才如兩院院士、海內(nèi)外高層次人才、國家杰出青年基金獲得者、國家重點研發(fā)計劃首席科學(xué)家、關(guān)鍵技術(shù)人才等300余人；設(shè)有5個博士后流動站、19個博士點和21個碩士點，在學(xué)研究生3100余名；擁有30多個國家或省部級重點實驗室和研究中心，以及10多個大型實驗平臺。