“共和国长子”新传:向天图强

核心提示东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任袁国带领青年科研骨干做实验。受访者供图从研发探测火星必不可少的光学组件,到为我国首飞成功的新一代大型运载火箭长征五号结构减重645公斤,越来越多的辽宁青年科技人才奋战在科研一线,秉承着老一辈科技

东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任国源带领年轻的科研骨干做实验。照片由受访者提供

从探测火星必备光学组件的研发,到我国首飞成功的新一代大型运载火箭长征五号减重645kg,越来越多的辽宁青年科技人才奋战在科研一线,秉承着老一辈科技报国的理想和热情,洒下青春热血,以共和国长子的身份书写着老工业基地发展的新篇章。

走进辽宁科技大学化工学院博士生导师胡的办公室,可以看到好几卷1米宽的透明膜。这种厚度不及一根头发丝的薄膜,虽然看起来“毫不起眼”,但却有着惊人的韧性。它可以承受从零下200℃到零上300℃的低温和高温。

作为田文1号火星探测器太阳能收集器的光学组件材料,这部电影的一部分进行了漫长的星际旅行,与田文1号一起降落在遥远的火星上。

从探测火星必备光学组件的研发,到新一代大型运载火箭长征五号减重645kg、中国首飞成功,辽宁越来越多的青年科技人才奋战在科研一线,秉承老一辈科技报国的理想和热情,用青春的热血,

“月球定制”和“火星定制”不能有错

2000年,胡留学日本,获得博士学位,并当选为日本光化学协会会员。当时有几家国际知名的日本公司向他伸出橄榄枝,但他放弃了来自国外的优厚待遇。作为辽宁科技大学特聘教授、功能材料学科带头人鞍山引进的高端人才,回国创业,当年就成立了功能材料实验室。

如今,这支30人的团队,平均年龄不到36岁,先后主持了科技部973、863计划项目、教育部、辽宁省自然科学基金等项目。

科研目标和实验目标的实现不可能一蹴而就。“实验出问题很正常,每天都要面对各种层出不穷的问题。”在胡看来,荣誉意味着期待和压力,每一个阶段的进步背后都有大量密集的实验支撑。

2005年,团队中最年轻的老师王永飞正在读高二,提前完成毕业设计后加入了团队。

那时候的他就像个独行侠,每天早出晚归,埋头做实验。一年后,他取得了辉煌的成就,成功实现了光化学反应的多反应器集成放大实验。

为了探索大规模生产的过程,需要进行多次循环放大实验。这时,一个意想不到的考验来了。醋酸酐等反应物的腐蚀性和光化学反应中使用的紫外线灯对王永飞的眼睛产生强烈刺激,直到他无法继续工作。无奈之下,他只好退居“二线”,引导防护升级、全副武装的学生继续实验。

实验留给他的另一个“烙印”是嗅觉的下降。他必须像“猎犬”一样集中注意力,才能捕捉到不到正常人一半的气味。

他们的研究成果OEL发光材料和有机发光二极管显示器件的研发和制备技术于2006年获得认证。但几经波折,由于各方面条件不成熟,没有实现转换。

在团队成员心中,被束之高阁的科研成果已经失去了意义。基于对未来显示领域产业发展趋势的判断,他们随后选择了研发无色透明耐高温聚酰亚胺薄膜的研究方向。

团队还介绍了陆云华博士,毕业于北航空航空航天大学。她在博士学习期间一直从事聚酰亚胺材料的开发。

陆云华不仅为团队注入了新鲜血液,也让大家看到了聚酰亚胺材料在航空航天领域的广阔前景。这与胡回国时瞄准科技前沿,解决瓶颈问题的雄心不谋而合。

技术难度可想而知,资金受限的情况并不少见。他们克服重重困难,终于在2016年完成了具有自主知识产权的全部国产原料单体的小试、中试和批量生产,以及耐高温无色透明聚酰亚胺薄膜制备的小试、中试和工业化生产技术研究,从而与航空航天事业结缘。

2016年9月,嫦娥五号着陆器多层热控组件采用30微米CPI卷膜,2017年4月,火星车集热器光学组件材料采用42微米CPI卷膜。

他们深知国家急需的是政治任务,是难得的荣誉。必须保质保量完成,无论是“月球定制”还是“火星定制”都不能有一点差错。

胡的助手赵宏斌回忆,2016年8月,在一年中最热的季节,他们在扬州一家企业进行了CPI胶片的国内首次生产调试,在高温炉口反复观察分析,根据胶片出口不断调整设备参数。

经过半个多月的“蒸”和“烤”模式,配方和工艺更加稳定,完全符合航天使用的标准。然后,两个大男人像绣花一样,小心翼翼地掏出比头发还薄的CPI膜,一寸一寸地卷起来。

目前,航天五院已将耐高温CPI卷膜材料列入中国航天科技集团公司产品清单,并批准辽宁科技大学为航天五院合格供应商。

胡感叹,科研的初心就是把科研成果转化为生产力,开发出实用的产品。然而,科技成果转化的真正落地和实现仍面临巨大挑战。科研成果转化的核心技术需要经过小试、中试放大、工程实验、优化论证一整套工艺参数。不仅如此,还包括新产品的经济效益评估、市场发展趋势的重合度、市场和应用场景是否已经形成或即将形成较大规模、产品适用领域的多样性等一系列评估和评价。

近年来,辽宁科技大学出台了一系列新政策,促进了教师科研项目的快速转化。“十三五”以来,学校承担各级科研项目1969项,授权专利823项。

单线淬火和回火成钢

高大宽敞的热轧车间里,热气腾腾、机器轰鸣,生产线上的无缝钢管不时流过,进入宝武集团烟台鲁宝钢管厂。世界上第一台热轧无缝钢管控制冷却工业设备正在昼夜不停地运行,该设备可以实现精确的温度控制和直接淬火工艺。

热轧无缝钢管是石油天然气钻井、设备制造等领域不可替代的安全材料。但由于缺乏有效的性能控制手段,该产品的生产能耗是热轧带钢的近两倍,严重制约了产品的绿色升级。

问题导向,对国家负责。东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任国源带领年轻的科研骨干,与宝钢研究院、钢管棒材事业部产学研合作,夜以继日,历时7年终于解决了这一难题。

这一成果颠覆了钢管的传统生产工艺,每吨热轧无缝钢管降低成本约300-500元,三年来为公司增收3.2亿元。成为宝武集团的平台关键技术。

42岁的国源博士期间师从著名金属压力加工专家、中国工程院院士王国栋教授。

“首台国产辊式淬火机、热连轧无缝钢管在线组织与板形控制关键技术与装备的重大突破、电工钢薄带连铸产业化关键技术的自主创新突破,以及高难度的‘硬骨头’工程,都可以看到国源的身影。他那不屈不挠的战斗能力和不到成功绝不罢休的韧劲,让我们看到了中国钢铁工业的希望!”王国栋院士非常自豪地谈论他的学生。

为了突破热轧无缝钢管的技术瓶颈,国源于2014年夏季在宝钢集团烟台鲁宝钢管厂进行了中试。由于车间温度高,又穿了厚厚的工作服,几天下来,他的后背又酸又痒,还长满了许多刺。

“中试时,为了分析钢管的冷却效果,袁老师在现场多次近距离记录、观察、分析钢管的周向温度。在高温烘烤下,工作服被浸湿晾干。针对调试过程中存在的问题,袁老师和团队成员经常一边讨论分析、论证计算,一边工作到深夜。”博士生李云杰回忆说,正是团队在一线的辛勤工作,最终揭示了无缝钢管环形截面的冷却机理,为发展热轧钢管冷却技术奠定了坚实的理论基础。

2016年10月25日深夜,国源永远不会忘记。热轧无缝钢管直接在线淬火,冷却后钢管的管型和组织性能均达到预定目标。“我们成功了!”大家激动的彻夜未眠,留下了喜悦的泪水!

2018年,与宝钢科技人员合作建设的全球首条无缝钢管控轧控冷生产线在山东烟台绿宝钢管有限公司建成投产,产品质量和效果获得用户高度认可。

言传身教,代代相传。国源说,导师王国栋院士对自己影响最深的,就是他对国家的责任,对职业的赤诚热爱,对创新求实的执着追求。

“年轻人带头,这是实验室创新的隐形武器。我们注重在生产实践中培养年轻人,注重实干、实绩、实效,鼓励青年师生在大项目中锤炼、摔打,勇于担当,快速成长,在一线成为钢铁。”国源说。

十年向天铸“箭”

清晨,大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室依然灯火通明,青年科学家王波教授带领的结构强度与轻量化设计团队自主研发的2500吨高精度拉压加载试验台正在运转。

伴随着又一次大型结构实验成功后的欢呼声,这个平均年龄38岁的年轻团队正在热烈讨论实验过程的细节。

正是在这个实验室里,王波带领团队14年来专注于结构强度和轻量化设计。2016年,我国成功首飞的新一代大型运载火箭长征五号结构减重645公斤。2019年,他们设计的一种新的结构方案,使长五乙运载火箭在前一级的基础上进一步减轻了近500公斤的结构重量,为火箭的成功飞天发挥了重要作用。

航天强国的核心在于航天装备,轻量化是航天装备设计的永恒主题。

早在2007年,师从程耿东院士的青年科学家王波就与航天结缘。他秉承老一辈大工人科研报国的志向,瞄准国家重大需求和学术前沿,以青年科技人员的决心和毅力,潜心研究火箭、导弹结构研制中的关键力学问题。

在进入太空领域之初,王波遇到了一个棘手的问题。当时我国新一代大直径运载火箭长征五号的运载能力低于预期,急需依靠结构减重来实现目标。

“火箭外壳的相对厚度甚至比蛋壳还要薄。既要有轻量化的设计,又要保证巨大载荷的安全性和可靠性,这本身就是一个矛盾。”王波回忆说,当时更大的困难是,要在一个经过反复论证的成熟方案上减重。

“细致的程度就像刺绣。我们与航天工程师一起,一次减少了一克。”王波带领团队从结构原理出发,创新结构形式,细化结构设计,也考虑制造的可行性。经过反复思考、模拟和计算...经过8年的努力,他们和航天工程师们终于成功地将长征五号运载火箭的结构重量减轻了645公斤,大大提高了我国火箭体承载舱的运载效率。

他们的原理设计,来源创新,举一反三的目的都达到了。它们已被写入中国三项航天工业标准,后来应用于许多火箭结构,并继续在中国航天工业中发挥作用。

凭借突出的科研成果,王波于2015年入选教育部首批青年长江学者,2018年获得国家杰出青年科学基金资助。2020年,42岁的王波入选国防科工局国防科技创新团队,担任“结构强度与轻量化设计团队”负责人,相关学术成果通过2020年国家技术发明二等奖大会初评。

“与航空工程师合作是我们快速发展的关键。”王波继承了工程力学系老一辈力学家的深刻认识:“如果你想为国家的需要服务,你就必须站在需要的第一线。只有这样,你才能深刻理解需求中的关键问题,从而更好地服务于国家的需求。”

长征五号乙运载火箭型号办公室的一封感谢信中写道:“大连理工大学研制的新型轻量化高承载航天结构及其高效优化设计技术,实现了火箭结构的大幅减重,为保证火箭运载能力和多次技术攻关发挥了重要作用。长征五号乙火箭首飞成功,凝聚了你们的智慧和奉献。”

 
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