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“拟人耗氧”的日日夜夜

作者:admin     发布时间:2022-01-13 18:25 点击数:

  2019年是中国科学院大连化学物理研究所(以下简称化物所)70周年华诞。建所70年来,化物所面向国家战略需求、面向世界科学前沿,发扬“锐意创新、协力攻坚、严谨治学、追求一流”的化物所精神,取得了一大批成果、培养了一大批人才,为我国的经济社会发展和国防事业作出了重要贡献。我非常荣幸能够成为化物所大家庭的一员,在这里学习和工作了近40年,从研究生到研究员,从课题组组长到所长,经历了研究所的许多大事,目睹了研究所的巨大变化。在此,回忆记录一段自己刚刚担任课题组组长时的亲身经历,期望对现在的年轻组长有所帮助。

  1995年春天,春寒料峭,接到化物所的通知,把我从802组副组长的岗位调离,担任801组组长,开始独立主持科研工作。当时我不到32周岁,职称为副研究员,感觉肩上的担子沉甸甸的。

  化物所801组是一个有着光荣历史的研究组。20世纪60年代末,伴随着我国航天事业的发展,航天一院和五院希望中国科学院能够研发空间飞行器姿态控制催化剂。化物所基于在催化剂方面的实力,承担了这项光荣的任务,并为此专门成立了攻关组,这就是801组的前身。姜炳南、杨宝山、周业慎研究员相继担任负责人,经过20多年努力,先后完成了几个牌号的催化剂,并成功应用于我国多个航天飞行器的飞行试验。

  然而,在上世纪80年代中后期和90年代初,这样一个为国家作出重要贡献的课题组也面临着重重困难、举步维艰,甚至到了解散的边缘。当时,我国的航天发射活动非常少,上级下达的科研任务非常有限,导致整个课题组的生存遇到了很大困难。

  老组长周业慎开始带领大家从事其他民用科研项目,相继开展了顺酐加氢以及葡萄糖加氢等技术开发工作,以维持课题组的生存。但是科研工作面临的问题很多,科研经费紧张、队伍老化,整个课题组正式的研究人员已不足10名,并且没有一位博士毕业的年轻人,化物所曾一度考虑解散这个课题组。我正是在这样一个时刻担起了这副重担。

  如何维持课题组的生存,是我上任之初面临的一个巨大考验。当年化物所已开始全成本核算,维持课题组正常运转、购买基本的试剂以及材料、支付水电房租、保证大家工资的正常发放和少量奖金,成为当务之急,根本谈不上更新仪器设备、引进人才。

  课题组当时的两个民用项目中,顺酐加氢遇到了困难,但葡萄糖加氢制山梨醇有较好的基础,开始在东北制药厂试用,只是催化剂的性能还有一些不稳定。我和几位老同志多次到东北制药厂,深入生产车间,听取工程师和一线工人关于催化剂性能的意见,摸清催化剂存在的问题。

  来801组之前,我曾在原802组从事钯炭加氢催化剂的开发,在贵金属加氢催化剂的制备和应用工艺上有些经验,这些经验积累正好派上用场。经过努力,用于葡萄糖加氢制山梨醇的钌炭加氢催化剂综合性能有了较大的改善,得到了东北制药厂的认可,形成了较稳定的供货合同,课题组有了一定的收入。

  到1995年底,全组的科研收入虽然仅有90万元,但是平常精打细算,年底在完成各项科研任务扣除成本之后,课题组经费还略有结余,于是给每位组员发了几百元的奖金,大家都很高兴,觉得我这个小组长基本上称职。我就这样带领课题组艰难地迈出了第一步。

  1996年春天,我已买好去佳木斯的火车票,准备去一个制药厂推销钌炭加氢催化剂,这时接到了研究所科技处的通知,告知我航天医学工程研究所宿双宁室主任到化物所调研。该所为我国载人航天工程航天员系统总体单位,正在为研制载人飞船环境控制与生命保障系统寻找关键技术和相关装备。我意识到这是我国载人航天工程急需的一项关键技术,是国家重大需求,当即退掉了火车票,和宿双宁做了深入的交流,带领他参观了化物所的许多实验室。宿双宁对我们所的科研能力表示赞赏和认同,希望化物所尽快提出方案,参与任务竞标。

  任务的研究背景是我国要发射载人飞船,必须确保航天员的生命安全。但如何知道飞船舱内是否安全?国外已有许多方案,最直接的就是用猴子先模拟航天员上天,如猴子能安全返回,再让航天员乘飞船上天。但该方案有两个缺点,一是经费投入较大、时间周期太长,无法满足我国载人航天工程的进度要求,并且猴子也是有情绪的,如发射等关键时刻受到惊吓,有可能无法配合实验工作。其二,这种方案是国外的旧方案,大家非常倾向于走一条创新之路,设计一个“模拟人”去检验飞船舱内生命保障系统的可靠性。当时国内已有一些方案在论证,但存在安全隐患问题。宿双宁希望化物所设计出更安全和可靠的方案,特别要求重点针对航天员呼吸耗氧和产热两项关键指标。

  要在飞船舱内给定的有限空间和重量的前提下,万无一失高可靠地完成耗氧和产热任务,非常具有挑战性。我们提出利用固体耗氧材料模拟人体呼吸耗氧和产热的方案,不到两个月研制出一种新型高耗氧容量的固体耗氧材料,争分夺秒完成了原理样件的设计和实验。经考核评审,该方案脱颖而出,被选为正式方案。原总装后勤部机关和总体单位与化物所签订了研制任务书。第一次签订了百万元以上的研制合同,大家都非常高兴。

  初战告捷,但后续实验中很快出现了意想不到的问题。一次实验中,尾气突然出现了刺鼻的气味!经反复排查发现,是原料以及反应过程中的残留杂质所致。大家通过原材料质量控制以及工艺优化,彻底解决了拟人耗氧反应过程中尾气排放的安全性问题。第一个难题刚刚解决,第二个拦路虎接踵而至,耗氧材料的强度要求之高超出了我们的估计,而耗氧容量和强度在此时就像跷跷板,你高我低,很难平衡。

  时间紧迫,大家天天连轴转,终于研制了一种强度相对较高,同时耗氧容量也能达到要求的耗氧材料。当时我和两位同事兴冲冲地扛着刚刚研制出的反应器组件到北京进行联试,结果振动实验开始,似地动山摇,严酷程度远比我们想象的剧烈。实验结束后,我们迫不及待地打开反应器组件进行检查,发现安装在反应器里的颗粒状的固体耗氧材料被彻底震成了粉末状,反应器里的其他部件也稀里哗啦乱作一团。大家当时灰头土脸,恨不得找个地缝钻下去。

  联试失败后,我们扛着反应器组件,连夜乘火车返回大连,压力很大,一路上思考新的设计方案,几乎一夜未眠。大家非常担心由于自己的工作问题,延误了总体工程进度,损害化物所和中国科学院的声誉。反复分析失败的原因后,我们提出利用耐高温弹簧限位的方法克服火箭发射时的振动和冲击,并重新对反应器组件结构进行优化。最终,全系统顺利通过了严酷的振动和冲击实验,按照工程进度要求,保质保量研制出满足航天飞行的“拟人耗氧反应器组件”,并成功应用于我国的神舟飞船,为我国载人航天,特别是为保障航天员的生命安全,作出了重要贡献。

  “拟人耗氧反应器组件”研制的实验室工作完成之后,我们进一步按照总体部门的要求,生产出一批正样产品,其中部分正样产品安装在神舟飞船载人舱。经过发射和飞行实验的考核,所有参数达到考核指标,受到了总体单位和有关领导机关的表扬。中国载人航天工程总工程师王永志院士、副总工程师宿双宁等亲自参加了验收会,对这项技术给予高度赞扬。航天英雄杨利伟、聂海胜、景海鹏等也先后对该技术给予了充分肯定。

  该项目的圆满完成使得化物所801组的战斗力得以提升、凝聚力得以加强、影响力得以扩展,在业内获得了良好的声誉,也为化物所和中国科学院赢得了荣誉。

  与此同时,我抓住机遇,带领课题组先后承担了国家多项重要科研项目,例如飞机应急动力催化剂、无毒推进剂催化分解技术、凝胶推进剂催化分解技术等。课题组不断发展壮大,一大批青年人才加入到我们的团队并成长为科研骨干,当年不足10人的小课题组现已发展为超过百人的研究室,成为我国航天航空催化新材料研发和生产的重要基地。

  上述小故事只是化物所面向国家战略需求,勇于承担国家科研任务,不断取得科研成果,不断拓展科研领域的一个缩影。老的故事已成过去,新的篇章已经开启。在化物所这片科研沃土上,一大批科研新秀正在辛勤耕耘,相信在不远的将来,一定会收获更加丰硕的果实!

  张涛,1963年7月出生于陕西安康,中国科学院院士、发展中国家科学院院士。2007至2016年曾任中国科学院大连化学物理研究所所长。现任中国科学院副院长。

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