2020年11月10日,中国“奋斗者”号全海深载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底,坐底深度10909米。这是中国自主研制的潜水器第一次把3名国人送达地球的“第四极”,而“奋斗者”号也是人类历史上第四台抵达“挑战者深渊”的载人深潜器,更是其中能力最强、技术最先进的一台。
18天后,习致信祝贺“奋斗者”号全海深载人潜水器成功完成万米海试并胜利返航,并表示,“奋斗者”号研制及海试的成功,标志着我国具有了进入世界海洋最深处开展科学探索和研究的能力,体现了我国在海洋高技术领域的综合实力。这一路,几代中国载人深潜科研工作者,奋斗了几十年。
2020年12月15日,共青团中央、全国青联发布《关于授予“奋斗者”号全海深载人潜水器科研团队和个人中国青年五四奖章的决定》:“以中国船舶集团有限公司第七〇二研究所‘奋斗者’号全海深载人潜水器研发团队和中国科学院声学研究所‘奋斗者’号全海深载人潜水器声学团队为代表的青年科技攻坚团队,继承和发扬中国载人深潜精神,大力协同、勇克难关,为实施重大科技工程项目攻关树立了榜样。以中国科学院声学研究所高级工程师刘烨瑶、中国科学院理化技术研究所项目研究员严开祺、中国船舶集团有限公司第七〇二研究所高级工程师张伟为代表的青年科技工作者牢记青春使命、勇挑创新重担,以严谨科学的态度和自立自强的勇气,充分诠释了当代青年的价值追求,在强国伟业奋斗史中写下了亮丽的青春注脚。共青团中央、全国青联决定授予以上2个团队‘中国青年五四奖章集体’,授予以上3名个人‘中国青年五四奖章’。”
为此,《中国青年》记者采访了其中两位代表张伟和严开祺。百舸争流,唯坚定者方可行稳致远;千帆竞渡,唯奋斗者才能勇往直“潜”。
2020年11月10日,一个普通的工作日。与往常一样,严开祺一大早便来到了自己所在单位中国科学院理化技术研究所的办公室。但与往常不同的是,他没有第一时间着手科研或实验,而是打开了一场视频直播的链接。
或许网友们更关注“奋斗者”号下潜到了多少深度,而严开祺更关心的是它运行是否平稳,状态是否良好。“虽然我们的浮力材料已经通过了实验室里模拟深海环境的大量考核,但是真正到达那个深度的时候,心里还是悬着——直到水下传来‘万米的海底,妙不可言’的音频,我意识到,我们成功了!”
正如有评论所言“比万米海底更妙不可言的,是 ‘奋斗者’号的国产标签”,从2012年“蛟龙”号下潜7062米,到2020年“奋斗者”号创造10909米载人深潜新纪录,中国的深海探测技术实现的不仅是从4位数到5位数的突破,更是从“国产化”到“国产”的壮举。
一字之差的背后,究竟是怎样一番历史?“听工程总体人员每次聊起‘蛟龙’号研制时的浮力材料,一说就是泪:答应好的性能无法兑现,不能买材料只能买构件,再发往其他国家加工……因为全依赖进口,在漫长的周期里,你只能等。”
很多人都没有想到,在这一领域率先打破发达国家技术封锁的,竟是一支完全由本土科研工作者组成的团队。严开祺告诉《中国青年》记者,当年研究生毕业,许多同学选择出国深造。正是导师张敬杰研究员的教导“关键核心技术要不来,买不来,求不来”,让他留在了这个不算热门的“微珠材料制备新工艺及其应用技术”研究组。
从提出新理论,研制新设备,到主动担当海试重任,长期驻扎北京通州尊龙d88旧版、河北廊坊等实验基地,严开祺和同事们一路走来,已经初步开启国产深潜浮力材料规模应用的新局面,成为中国万米潜水器背后最坚实的奋斗者。
2020年12月15日,共青团中央、全国青联发布《关于授予“奋斗者”号全海深载人潜水器科研团队和个人中国青年五四奖章的决定》。中科院理化所项目研究员严开祺荣获“中国青年五四奖章”。
“我们常说做科研,无外乎两个目标,要么上书架(形成新的理论),要么上货架(研发新的产品)。”
忆及当年的保研经历,严开祺坦言自己是在了解理化所微珠团队的研究方向后,婉拒其他offer,毅然投至张敬杰老师麾下的。“这个方向既有基础研究又有产业化,而且是跟国际最顶尖的团队在赛跑,我想去做这样的挑战尊龙d88旧版。”
万米海底的压强,相当于一万只大象站在一平方米大小的地面上。此时,深潜器想要通过母船的拉力或者自身的动力实现上浮,宛如愚公移山。只有依靠一种又轻又抗压的材料,才有可能在深潜器完成水下作业抛载之后,实现无动力上浮。
这种被视为深潜器六大关键技术之一的固体浮力材料,由空心玻璃微球加上树脂基材通过混合和热固化形成,其中空心玻璃微球是关键。20世纪50年代,美国、日本、俄罗斯开始研制空心玻璃微球,至今高性能产品仍对我国限制。而我国从90年代开始“白手起家”,老一辈研究员宋广智、张敬杰采用全新的技术打通了“软化学”法制备空心玻璃微球的先进路线,使我国在该领域拥有了自主知识产权。
“这一条完全自主的技术路线,意味着一切都是未知。” 在缺少文献和经验借鉴的情况下,想要获取最可靠的一手数据,海试是重要的路径。
2012年夏天,严开祺硕士毕业留课题组工作,他主动承担了海试的任务,报名科技部资助的规范化海试航次,作为课题组的海试“第一人”三赴南海。
“内心很兴奋,就想去尝试一下别人没有做过的事情。”严开祺笑言,当时自己那种即将面对未知的新鲜感和好奇心盖过了其他,导致对困难的预期严重不足。
“原以为海上会很热,我只带了两三身替换的衣服。没想到遇上两场台风前后夹击,天天下雨,身上的衣服几乎没有干过。前两次出海坐的船都比较小,船体来回晃动能达到15度倾角。有经验的人会事先准备晕车药,而我其实也一直有想吐的感觉,还好都忍住了。”
在甲板上作业,充满着不确定性。“你永远不知道下一次的浪从哪里来,稍有不慎,就可能被海浪打翻在地。”严开祺负责的是与浮力材料相关的潜标布放、回收,在他的回忆里,每一次作业都非常紧张,以至于留下了“没拍过一张工作照”的遗憾。
“从没想到(一次出海)七八天会那么难熬。”没有手机信号,饮食供给有限,严开祺说:“越到后面,那种孤独、寂寞,甚至是恐惧感越强烈……每次出海我都瘦好多,有次回来,我直奔肯德基,拿了个全家桶。”
但正是通过这种方式,严开祺所在团队首次取得了固体浮力材料在南海大深度海试试验数据。在长时间的海试验证中,他们自主研制的样品吸水率小于1%,性能达到国际先进水平。
2015年12月,严开祺(左)与张敬杰(右)、潘顺龙(中)在三亚中国科学院深海科学与工程研究所进行国内首次万米级浮力材料的打压测试
栽好梧桐树,凤凰自然来。2014年年底一个很偶然的机会,严开祺和导师张敬杰在参加中科院“先导科技专项”立项评审的时候,遇到了“蛟龙”号总设计师徐芑南院士。“徐院士看到我们的海试样品,非常高兴,马上安排人与我们对接。其实此前他们已经找了很多单位,但浮力材料的问题一直没有解决。就是这样,我们才紧急地加入到‘深海勇士’号的攻关中来。”
走进中科院理化所严开祺所在团队的实验室,上百平方米的空间里摆满了各式各样的精密仪器,能够测量物体的压力、密度、尺寸,以及声学、热学、电学、光学等等性能。然而,要完成工程化的指标,把以克为单位的样品量产到上百公斤级——这里远远不能满足需求。
2015年,为了完成为我国第二台载人深潜器“深海勇士”号提供浮力材料的任务,理化所紧急为团队调配了河北廊坊园区场地,并由中科院院长特别支持基金和理化所所长基金匹配了部分经费。
那几年,严开祺和同事们几乎是驻扎在实验基地,度过了最热的伏天和最冷的寒冬。“暖气不足,车间很冷,我们都是裹着军大衣、大棉袄在现场操作。因为实验还涉及一些粉尘之类,所以每个人出来,头发全是白的。”
严开祺解释道:“时间太赶了,我们必须一边科研一边生产,根本没有余力去设计、改造所需要的环境。”
然而相比环境的艰苦,更让严开祺记忆犹新的是科研上的艰辛。“ 为什么我们国家现在发表的论文数量在国际上数一数二,但转化成生产力的却没有那么多?因为样品和产品完全是两码事——为了做一个样品,我可以精挑细选。在100个里面,有一个成功就行了。但要做成产品,这100个里面至少有95个要成功,而我们要做到100%。”
谈及前期的状况,张敬杰曾说“失败一个接着一个,废品如小山般堆积,每天都在打击中度过”。而在那两三年间,严开祺经常处于失眠状态:“连做梦都在想这个事情,是哪里没有做到位,哪里设计不合理?为什么总差那么一点点?”
谈到对习所讲“中国载人深潜精神”的理解,严开祺感慨,“为什么第一条凝练的是‘严谨求实’?它要求我们的实验数据、材料研制必须实事求是,容不得半点虚假。看似不起眼的微米级小球破裂尊龙d88旧版,酿成的后果可能是一场灾难性事故!”
后来,大家开始咬着牙逼自己“慢下来”。“一种原材料、一种原材料去分析、计算、设计,对关键的工艺设备挨个进行参数调整、改造和升级……终于在某一天,找到了关键突破点。一旦跨越那个阶段,研制工作就变得轻松一些了,每天都能获得一点小突破,终于又找回了成就感。”
就在当年廊坊基地紧张攻关的阶段,严开祺家里还发生过一件“惊险”的大事。“那天我正做着实验,突然接到妻子的电话:她要临产了!幸运的是,当时所里质量办张欣庄老师开了自己的车到廊坊,我赶紧请他帮忙把我带回北京。匆匆忙忙赶到医院、签完字,我的大女儿已经出生了。”
说到家人,如今儿女双全的严开祺表达着满心的感谢。“我确实没有很多时间、精力照顾家庭,而他们用实际行动支持了我的事业。”
2016年12月,团队按时交付了固体浮力材料,助力“深海勇士”号国产化率达到95%。在女儿生日的时候,严开祺将他最为珍视的“深海勇士”号参研参试人员纪念牌和小模型送给了她。
2017年,严开祺开始担任“奋斗者”号全海深载人潜水器结构系统的副主任设计师。
为什么让这位当时在团队中最年轻、资历最浅的“85后”助理研究员担当如此重要的角色?为寻求答案,《中国青年》记者采访了团队负责人张敬杰研究员。
张敬杰回答:这个“副主任设计师”不是荣誉,而是责任,而且责任很大。不仅要求个人基本功扎实,科研素质高,还要有宽泛的视野,很强的学习能力,才有可能在完成分内工作的同时,协调各个方面,对接工程总体,了解结构系统其他方面的需要,再返回来消化好他们对我们的各项指标。
“其实我们当初的第一人选并不是他,有的同志可能觉得担子太重。后来征求严开祺的意见,他经过慎重的考虑,表示愿意在关键的时候冲到前面去。”
2019年1月,严开祺和张敬杰在三亚中国科学院深海科学与工程研究所进行“奋斗者”号浮力材料的全检测试
在严开祺看来,参与这样的国家战略性重大工程,对于科学家不啻为一场“洗礼”。他调侃自己不过是“在一群内向的人里面相对外向的人”,作为“接口”在与工程总体打交道的时候面临着全新的挑战。
“科学家的精神是追求极致,为此会去不断地优化、超越。而参与工程以后就不一样了,我们要把自己当成螺丝钉,要和其他各个环节去匹配。在这个过程中,我要去扭转大家的思维——性能一旦定了,你低了不行,高了也不行,要尽可能地做出一致性和稳定性来。”
于是,仅仅为了达到小微球的指标,他们就做了上千次实验。研制出小微球之后,再与团队潘顺龙博士、廖斌博士研制的高性能基材进行匹配,又是上千次实验!
2020年末,“奋斗者”号13次完成下潜任务,除了刷新10909米的世界下潜深度,还有另一历史时刻令万众瞩目——实现全球首次万米海底的实时直播。2020年11月13日,辅助广大网友打卡地球“第四极”的,其实还有“奋斗者”号的两位好“帮手”——“沧海”号和“凌云”号尊龙d88旧版。这两部同时坐底的深海视频着陆器就是“奋斗者”号的御用摄影和打光。在这背后,是严开祺在研制“奋斗者”号的同时,又组织了一支突击小分队。他和同门师弟廖斌博士为包括“沧海”号、“凌云”号等在内的我国万米集群无人潜水器,研制出了更低密度的全海深浮力材料,从而推动我国跻身具有全海深探索能力的国际第一梯队。
2020年12月,探索二号船上,严开祺与返航的“沧海号”和“凌云号”全海深视频着陆器
严开祺相信,“奋斗者”号的研制成功,一定可以带出很多产业来。就以他们主攻的空心玻璃微球为例,其实不仅可以用在几乎所有的轻量化产品上,而且在隔热、隔音、耐高温、耐磨等领域,都有着广泛的应用。
既服务于国家的战略,也面向市场的需求。为了实现新材料的多功能化,一方面布局相关的基础研究,另一方面要把新技术产业化。严开祺说:“未来的路还很长,就像团中央的表彰辞所说,唯坚定者,方可行稳致远。”
张敬杰研究员回望自己的弟子,补充道:“希望国家和社会能够给予年轻人更多激励,给予创新团队更多支持——创新必然意味着风险和失败,也意味着更高的成本,更大的投入。但你只有付出,才能让技术发挥先导作用,引领行业持续向前走。”固体浮力材料毂径比固定式生产系统固定式单点系泊装置固定式平台固定载荷固井船毂帽骨架鼓轮式布缆机