科幻作品为人类文明发展构想出无数个未来,或好或坏。有这样一些人,从好未来中,他们得到启示;从坏未来中,他们得到警醒;从追逐远方中,他们让科幻照进了现实。篇幅所限,我们仅选取了5个方面的国企科研人代表:上天、入地、追光、逐电、缚滚龙。
我们都是阴沟里的虫子,但总还是得有人仰望星空。
——《三体1:地球往事》
真正的科学家从不问为什么,只问为什么不。
——《火星救援》
要么就做,要么就不做。沒有所谓“试一试”。
——《星球大战:帝国反击战》
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中国的“人造太阳”等离子体离子温度可达1.5亿度,这相当于太阳的核心温度10倍多。
热核聚变实验堆产生能量的原理和太阳发光发热的机理相似,因此有人给它起了个科幻的名字——“人造太阳”。
2022年11月22日,从我国西南一隅传来消息——全球最大“人造太阳”核心部件取得重大进展。国际热核聚变实验堆(ITER)增强热负荷第一壁完成首件制造,其核心指标优于设计要求,具备了批量制造条件。
这是我国在可控核聚变领域的巨大突破,标志着中国全面突破“ITER增强热负荷第一壁”关键技术,实现该项核心科技持续领跑,有力提升了我国在该领域的话语权。
在这背后,有着无数科学家及科研人员为中国核事业发展的百折不挠。其中就包括中核集团核工业西南物理研究院研制团队数十年如一日的极限挑战。
要构建起“人造太阳”的核心,需要特殊的材料筑起“防火墙”,来抵御装置内部上亿度的高温环境。为把反应堆中热量及时传走,核工业西南物理研究院研制团队要把不锈钢、铜合金和特殊的高纯度金属像三明治一样叠放在一个真空的包装套里,放在热等静压机器设备里头,然后灌注氩气,不断地给它进行加压、加温,让材料烧在一起。
这个方法,实际操作起来并不轻松。加多少压、用多高的温度,出来的材料才能完美无瑕?多年的攻关,科研人员在无数次失败中终于烧制出了完全合格的产品。这套工艺制造出来的材料,经历了7500次的高低温循环,甚至在高于考核标准的热量考验下一次过关。
2016年,这一材料在国际上第一个通过高热负荷实验认证,我国也成为第一个拿到生产许可证的国家。
近年来,在参与国际合作共同研制核聚变装置的同时,我国自主的核聚变研究也在加速推进。其中,中国环流器二号A托卡马克装置尤为瞩目。
“我见到中国环流器二号A时,它正在休息。托卡马克装置在雪白的灯光下闪闪发亮,它周围接入了千百根复杂的管线,仿佛它是一颗巨大的心脏……人类在这里创造恒星中心的反应环境”,第一次见到“人造太阳”时,科幻作家滕野发出了这样的感慨。
如今,新一代人造太阳——中国环流三号作为我国自主研发设计的新一代核聚变试验装置已经成功实现等离子体放电,电流突破115万安培,面向聚变点火又迈出了重要一步。这个“人造太阳”等离子体离子温度可达1.5亿度,这相当于太阳的核心温度10倍之多。
从中国环流器一号到中国环流器二号A、中国环流三号,核工业西南物理研究院研制团队用了数十年的时间,不断为“人造太阳”注入一缕缕光芒,让聚变能的“第一盏灯”在中国点亮。
这支团队不是一个人,甚至不是一代人,而是几代人。新一代“人造太阳”团队成员中,35周岁以下青年57人,占比75%,硕士研究生及以上学历成员占比高达93%。他们接过上一代研究者的接力棒,继续隐藏在聚光灯照不到的地方,创造着传奇。
曾经,一位科研工作者的儿子询问父亲的工作时,得到了这样的答案:“爸爸造的是类似钢铁侠胸口那个东西。”
今天,随着《流浪地球2》的热映,科研工作者面对他们的孩子或许可以有新的回答:“爸爸在寻找一种‘洪荒之力,用这个力量,我们可以‘推动地球。”
每一个从事科学研究的工作者,无不拥有着一种创造性的浪漫气质。这是借着某个问题已有的研究成果而脱离它本身,从一个全新的、更正确的角度看待问题的能力;这是摆脱限制人类思想的沉重思维引力,为了看到更多而往上跳那么一下的力量。
中国石油勘探开发研究院新能源研究中心副主任金旭的工作,就是努力抓住非常规油气开发领域中“跳一下”的力量。
进入21世纪以来,我国能源安全形势严峻,油气对外依存度居高难下,国内常规油气资源勘探开发难度与日俱增,亟需在非常规油气领域实现新发展、大跨越。
然而,受限于现有技术,页岩油气、致密油气等非常规油气资源勘探开发面临着储层非均质性强、储集空间小、孔隙结构和渗流特征参数复杂,勘探开发效率低等一系列难题。
谁能率先找到“金钥匙”,让非常规油气“芝麻开门”?
2010年,刚刚毕业的金旭来到中国石油勘探院,主要从事非常规油气地质和采油工程新材料研究工作。
初来乍到,金旭就被院领导寄予厚望,希望他能够在能源工程应用微纳米材料与技术方面取得突破。
2012年7月,在院领导的支持下,金旭组建了中国石油首个纳米油气研究团队,开始尝试解读纳米和油气“相遇”会出现怎样的可能。此后的十年间,金旭以纳米材料与技术在石油地质和工程领域的应用为切入点,针对非常规油气资源的特殊性,深入开展了多学科交叉基础理论研究和技术创新。
他带领团队,将新兴纳米材料技术与传统石油地质学科交叉融合,用纳米级图像分析手段逐级扫描岩石样品,发明多项微观表征技术,并取得了一系列突破。
首次将自主合成的微纳米多孔材料应用于页岩油充注物模拟和资源量计算中,创新提出页岩油充注下限为20纳米,可自由进出下限为200纳米,突破了经典油气储层理论孔喉下限;成功利用扫描电镜力图避免的荷电效应,开发了背散射截面二次成像法,不仅在国际上首次获取10纳米级二维/三维页岩油分布直接成像和定量评价,更为我国页岩油地质资源量和经济可采储量的评价难题提供了解决思路和技术支撑……
这一项项科研成果,在我国多个油气盆地应用效果良好,极大地促进了我国非常规油气地质理论、技术装备的发展。
金旭,真的找到了开启纳米油气神秘地宫的“金钥匙”!
5月10日,“天舟六号”货运飞船搭乘长征七号运载火箭在海南文昌航天发射场呼啸升空,成功入轨。此时此刻,远在千里之外美丽山城的西南铝业集团,立即沸腾起来。
“每次看到我们国家飞船、火箭发射成功,就会感到无比自豪。因为我们也是千年飞天梦的圆梦人”,“7050预拉伸板开发”团队负责人周华介绍说,我国飞船所用的铝材80%以上都出自西南铝业,离不开公司“7050预拉伸板开发”团队几十年的默默付出。
据了解,7050铝合金厚板是国际上第三代铝合金,具有高强、高韧、耐疲劳、耐损伤的特点,被广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、机械等领域。
“其实早在多年前,西南铝就已经开始着手7050合金的研发。后来在国家大型飞机研制专项及军工重点攻关专项等相关项目支持下,西南铝正式开始了对7050合金预拉伸板工业化制备技术的系统性研究”,周华介绍。
2005年,西南铝成立了由熔铸、压延、锻造、检测方面的技术人员组成的7050厚板项目研发团队,从7050合金大规格铸锭制备、厚板轧制、热处理等方面入手,开始了工业化制备技术的系统性研究。
“在没有任何经验借鉴的情况下,研制的难度超乎想象”,周华回忆说:“当时国外实行技术封锁,我们研制工作一切都是从零开始,大堆大堆的资料堆积在案头,大家都是日夜连轴转,查阅整理资料,从而为后续研制打下了坚实的理论基础。”
7050大规格铸锭成型是研制的第一道难关。由于熔铸厂当时的设备及工装相对落后,铸锭开裂几乎成了一道难以破解的“魔咒”。“我们所有人都守在现场,从铸造起头开始,每一秒都把心提到嗓子眼上。如果听到‘嘭的一声,心里立马就感觉凉到了冰点”,研制团队成员史贵山说,那段时间简直就是一种煎熬。
铸锭频频开裂,最多时熔铸厂堆放的废料达到了上千吨,损失高达上千万元。面对这个久攻不下的难题,大家看在眼里,急在心头,一边压抑着焦虑的情绪,在煎熬中,研制团队屡战屡败、屡败屡战,一边摸索调整参数,一边改进铸造工装。在历经上百次失败之后,合格的成型铸锭终于在2005年 12月诞生。
此后,“7050预拉伸板开发”团队成员们乘胜追击,于2015年,相继突破了大规格铸锭制备、强变形轧制、强韧化热处理及残余应力控制等一系列关键技术,研制出了国内大截面的7050铝合金超宽超厚预拉伸板,建立了7050合金预拉伸板完整的工业化制造技术体系,实现了6.0毫米~203毫米全厚度规格产品的工业化生产,并在我国航空航天工业多个重点型号装备上获得规模应用。
8年时间过去了,西南铝业制造的7050铝合金厚板工艺技术更加精进,已广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、机械等领域。
5月28日,全球首架交付的C919客机从上海虹桥机场飞抵北京首都国际机场,正式进入民航市场。西南铝造的璀璨光芒也再次闪耀天空。
作为国内首家取得国产大飞机用铝材合格供应商资质的企业,西南铝业先后为C919提供了30个规格、600余件铝合金材料,主要应用于机翼、起落架等部位,是飞机的关键结构件,其锻件已实现向商飞批量供货,多项技术填补国内空白。
轻松冲上九霄,瞬至万里之外。“神舟”系列、“嫦娥”“北斗”“天问”“天舟”、国产大飞机研发……随着一项项国家工程的实施,中国航空航天在不断突破着重力、距离、空间的极限。只要“飞天梦”不停,西南铝业就会向新极限发起新的挑战。
文/彭英 摄影/李影
青海,72万平方千米的土地,平均海拔3500米以上,有着大量的荒漠化土地,年辐射总量大于6800兆焦耳/平方米,是全国太阳能资源综合利用开发条件最优的地方。
在这里,教授级高级工程师,原国家电投黄河公司党委书记、董事长谢小平创造了一个奇迹——塔拉滩光伏电站,这个全球一次性投入最大、单体容量最大、集中发电规模最大的光伏电站群。
5月5日,国家能源局公布一季度光伏发电建设运行情况。一季度国内光伏新增装机并网容量达33.65GW,同比增长154.8%。其中,青海塔拉滩光伏电站以144亿千瓦时的年发电量,引发广泛关注。
早在12年前,在青海塔拉滩深处,只有一样东西无处不在,那就是漫天的黄沙。“进了塔拉滩,汽车三点头;出了塔拉滩,汽车把头摇”,这是过往司机常挂在嘴边的顺口溜,说的是车辆穿行沙化严重的塔拉滩时的情形。
2011年,谢小平带领建设团队来到塔拉滩,利用荒漠化土地开始开发建设光伏发电园区。
之后的数年间,在98.5%的面积都是沙化土地的塔拉滩上,一片片太阳能光伏板如深蓝的海洋绵延几公里,为区域经济社会发展注入源源不断的绿电。
此外,在谢小平的推动下,工作人员还将专门碱草、固沙草、针茅和雪菊等植物在光伏板下、园区大面积种植,进一步遏制住風沙,增加了土壤含水量,使得塔拉滩生态环境得到明显改善。
随着植被长势大好,一个新问题又出现了:茂盛的植物有可能遮挡住太阳能光伏板,还存在火灾隐患。谢小平创造性地在光伏产业园区推行绵羊养殖试点。这些怡然自得的“除草工”们,已然成为光伏园一道特殊的风景,被当地人昵称为“光伏羊”。
如今,“板上发电、板下牧羊”,塔拉滩的变迁让人惊叹,蓝色的光伏海洋,绿色的重生牧场,白色的成群绵羊……这一切,构成了塔拉滩的绿色生态风景线。
A面:三峡大坝、南水北调、西电东送……新中国成立以来,一个个世纪神话变为一项项世界级工程,这些都与两院院士潘家铮息息相关。
1990年7月,潘家铮代表三峡工程论证小组作出“建比不建好,早建比晚建好”的结论。1992年春,七届全国人大第五次会议审议通过了三峡工程议案。
1994年—2009年,三峽工程从开工到全部竣工,潘家铮始终没有离开,挑起了工程技术、建设、质量三副重担。
倘若把潘家铮一生绘制、审查、核定过的图表、图纸一一铺展,可以说涵盖了我国大多数江河湖库,甚至还有欧洲、非洲一些国家的江河。它们不仅记录了一项项水利水电工程建设的全过程,还是一部科学家与江河对话的“传记”。
B面:1992年3月,《科技潮》社长兼主编李慰始找到潘家铮约稿。让他没有想到是,这位“水利水电工程泰斗”竟然拿出了几篇自称“练笔”的科幻小说。很快,他的作品《康柯小姐的悲剧》《一千年前的谋杀案》便与读者见面。
此后,潘家铮的名字和作品开始频频出现在各种杂志中,他也有了另一个身份——科幻作家。
潘家铮对于科幻小说怀有独特的见解。他认为,科幻小说不应过于脱离现实,单纯描写星际战争式的科幻作品对青少年无益且有副作用,不应只展现物质文明,还要对人的精神世界予以描摹和揭示。他的作品《高科技杀手Q》探讨了高科技犯罪,《神眼》探讨了超常器官使人具有超常能力,《偷脑的贼》探讨了获取知识的新途径,《还魂奇案》探讨了将智慧数据化的可能,而《洞中幽灵》则探讨了通过技术在某种意义上使人获得永生的可能,《地球末日记》描述了彗星撞地球的灾难及人类的自救计划,《绿色瘟疫》描述了生态灾难及其解决方案。
可以说,潘家铮的这些作品,为青少年科普做出了突出贡献。
当《偷脑的贼》荣获第四届“全国优秀科普作品奖”一等奖时,科幻小说家金涛曾撰文感慨:“现在我们终于有了一本中国科学家动笔写出的科幻小说。”