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潜心“真空”三十年 一片丹心向航天

04-16 来源:大京网
语音播报预计22分钟

——记航天科技(000901,股吧)集团五院510所科技委主任、研究员李得天

2020年年底,国防科技进步奖颁奖仪式在北京隆重举行。由中国航天科技集团有限公司五院510所科技委主任、国家杰出青年科学基金获得者、国际宇航科学院院士李得天主持的项目——《卫星充放电效应模拟测试与防护关键技术研究》获得国防科技进步一等奖。

带着对真空基础学科的满腔热爱,带着对中国航天事业的使命感和责任感,李得天从一名普通的大学生成长为我国航天测试计量技术及仪器专家。他扎根西北30余年,另辟蹊径走出了一条创新之路,取得了一系列具有自主知识产权的原创性成果,为我国航天、航空、核工业事业发展,为我国国防科技建设作出了杰出贡献。

潜心“真空”三十年 一片丹心向航天

一位科学范儿十足的科学家

中国航天科技集团有限公司五院510所位于我国西北重镇——兰州,它是我国第一批直接从事空间飞行器研制的单位、我国空间技术领域的骨干单位。该所相关产品配套在我国数百颗星、船型号中,始终保持着一次飞行成功率100%的纪录,为我国航天事业和国防事业作出了卓越贡献。

510所的展厅里有一面荣誉墙,陈列着国家技术发明奖、国家科技进步奖、国防科技进步奖等各大科技类奖状、奖杯。上面出现次数最多的名字,就是“李得天”。

李得天出生于甘肃省景泰县的一个普通家庭。读初中时,他的学霸气质便开始凸显,成为县里有名的高材生。虽然学习条件艰苦、没有试验器具和场地,李得天对物理学的浓厚兴趣仍然开始萌芽。“千分尺是我们的第一个试验器具,可以说开启了我的兴趣之门。”李得天回忆说。

在当时,师范类学生每月能有22.5元助学金。考虑到家庭经济条件,师范大学是很多人的第一志愿。1981年,15岁的李得天以全县第一的成绩考入了西北师范大学物理系。

在李得天的记忆中,东方红卫星发射是他对航天的最初印象。1980年,我国向太平洋(601099,股吧)预定海域发射一枚运载火箭,获得圆满成功。这时候,身为大学生的李得天开始渐渐关注起航天。

上大二时,有一位学长考取了航天科技集团五院510所的研究生。李得天得知这个消息,感到非常振奋。有这样一条路可以进入航天,接触到自己感兴趣的航天事业,这让他怦然心动。

此刻,立志进入航天领域的种子在李得天心中深深扎根。当得知510所的研究生专业考试要考真空技术时,李得天便到图书馆借了一本《真空技术》开始自学。1985年,李得天大学毕业,顺利被510所录取为第五届硕士研究生之一。

之后的几年,李得天都一直沉浸在自己的专业领域甘之如饴。谁承想,身边的环境却悄悄地发生着变化。上世纪90年代,“孔雀东南飞”的潮流袭来,各领域出现了出国热。地处祖国西部的510所成为人才流失的“困难户”,很多科研人员带着家属去了南方城市,或者干脆出了国。

看着身边的同事、同行一个个离开西北,李得天也想过尝试。“倒不是说非要跟着他们走,但出去看看的心情越来越迫切。”

2001年,李得天得到一个去德国做客座科学家的机会。一年里,对方对李得天的工作能力很满意,李得天和德国的同事相处也非常愉快,接触到很多前沿科技,专业能力得到很大提升。然而,李得天对德国的喜爱远不及对祖国的依恋。他的爱人赴德国探亲,两人在德国生活了3个月,最终商量决定,还是要回到中国。2002年6月,李得天重新踏上了祖国的土地,继续为中国航天事业努力奋斗。

在真空领域深耕细作多年,李得天积累了深厚扎实的专业知识。同时,他也对其他学科保持着关注。用李得天学生的话说,他是一位科学范儿十足的科学家。李得天常说:“敢于向自己不熟悉的领域横跨一步,往往就能获得一些意想不到的惊喜,解决长期以来的难题。”很多次,在与交叉学科专家的交流中,李得天都希望能将新领域的知识、技术与真空计量联系起来,擦出科学的火花。在这样的好奇心驱动下,很多幻想变成了现实,碳纳米管阴极超高真空计、超高/极高真空校准等许多突破传统的新技术就此诞生,成为全国首创。

潜心“真空”三十年 一片丹心向航天

在“卡脖子”激励下,从跟跑到领跑

上世纪90年代,随着探索太空的步伐不断加快,我国对月球表面、行星际空间、恒星际空间真空环境探测的需求愈发迫切,亟须拥有自己的超高/极高真空计量标准。

建立自己的超高/极高真空计量标准,前提是获得极高真空。2002年,这项任务落在了510所身上。而510所时任领导郑重地将这一重任交给了刚刚回国的李得天。

为了这项必须拿下的任务,李得天和团队成员遍访各个国家的真空企业,寻找合适的技术和设备。当得知日本大阪一家真空企业有可获得极高真空的装置——极高真空泵时,李得天第一时间动身前往日本拜访。

“当时国外普遍的做法是采用液氦冷冻、液氮保护等低温手段获得极高真空,但是这样的标准装置结构复杂、测量不确定度大、运行成本也很高。可即便如此,人家仍然不愿意把设备卖给我们。”李得天在日本吃了闭门羹,这让他很无奈。“那个时候就真正能体会到被人‘卡脖子’的难受。”

李得天没有就此放弃。回国后,他脑子里时时刻刻都想着极高真空的事。“既然别人不给,就只能靠自己。”这样的体会,很多中国航天人都感同身受。在中国航天事业发展史上,类似的事情遇到过太多太多。

一天,意大利一位专家到中科院兰州近代物理研究所作报告。近物所邀请李得天一起去听听。深受极高真空困扰的李得天决定去“换换脑子”。

在报告中,意大利专家介绍了一种用于抽除真空活性气体的吸气剂,这种吸气剂在真空计量标准中从未应用过,它却触动了李得天的科学神经。

“这种方法能否用于极高真空获得上?”带着这样的好奇,李得天回去后赶紧开始论证与设计。

那时,我国极高真空计量研究起步晚,国内配套条件差、关键设备缺乏、可借鉴的经验很少。李得天只能抓住一切可以利用的时间与条件,跑遍周围大大小小的研究所,翻阅无数资料。经过多次试验,他终于创新性地提出磁悬浮涡轮分子泵级联与非蒸散型吸气剂选择性抽气相结合的室温抽气方法。

利用该方法,李得天及其团队在常温条件下获得了极高真空,这是世界首创。该方法被命名为分流法超高/极高真空校准技术。

这个技术方案让李得天及其团队最终突破了超高/极高真空校准领域的技术瓶颈,实现了技术途径的整体创新,自主设计研制成功我国首台超高/极高真空标准装置,将我国真空校准能力首次延伸至10-10 Pa的极高真空范围,为我国月球探测、航天器空间环境模拟、重离子加速器、同步辐射光源、受控核聚变装置等国家重大科技工程提供了重要的技术支撑和计量保障服务。该成果获国防科技进步一等奖,核心专利获中国专利优秀奖。

这一创造性成果得到国际同行的广泛赞誉。相关论文在真空科学领域国际顶尖学术期刊上发表,在当月下载量最多的20篇论文中位列第三。2012年,欧洲发布的计量研究规划将极高真空计量列为今后发展的重点。而李得天的这项成果被欧洲计量规划委员会作为重要参考依据。

这一刻,我国真空计量技术终于进入国际前列。

2019年,鉴于李得天在国际真空计量领域的成就和影响力,那家曾让他吃了“闭门羹”的日本公司专程邀请他讲学。此时,李得天已带领团队建成了集真空计量标准装置、国际标准、国家标准、国防军工计量规范等为一体的完整的国防真空计量技术体系。

“能够为国家做点事,是最主要的”

在真空测试计量仪器方面,李得天及其团队提出的基于双道密封圈的小容积正压检漏方法,解决了载人航天器舱门气密性快速检测技术难题。以此为原理研制的航天器舱门快速检漏仪重量轻、体积小、功耗低,完成全部检漏任务仅需8分钟。目前,该型检漏仪已在多艘飞船、目标飞行器以及飞船与目标飞行器的交会对接中得到成功应用,确保了航天员的生命安全,为我国载人航天工程(603698,股吧)顺利实施提供了重要保障。

在不久前的嫦娥五号任务中,李得天参与了我国首台月球样品密封封装子系统与极小漏率专测设备的研制工作。他和团队成员的共同努力,确保了该产品能够对采集到的月球样品进行自动封装,保证月球样品在返回地面的过程中不受污染,“原汁原味”被带回,充分保留其科研价值,确保了探月工程“绕、落、回”总目标实现。

李得天及其团队创造性地提出基于质谱分析原理的推进剂泄漏检测方法,并研制出发射场卫星推进剂泄漏检测仪和火箭危险气体共底泄漏监测系统,成功解决了推进剂泄漏检测难题。目前,相关检测仪器已长期应用于我国卫星、火箭发射现场的推进剂泄漏监测中,为我国航天任务的高质量、高密度发射提供了主要的技术保障。

除此之外,李得天还带领团队研制出我国首台空间用双通道磁偏转质谱计。目前,该质谱计已成功在卫星上搭载,并对499公里太阳同步轨道气体成分随区域及时间的变化进行了全面探测,为我国近地空间环境研究及航天器工程应用积累了宝贵的空间环境数据。

李得天提出的双分子流小孔进样方法,消除了气体的质量歧视效应,保证了进样后气体成分比例不变,解决了标样气体进样技术难题。该标样气体进样系统已用于我国卫星导航用铷原子钟的铷泡精确充气之中,使得导航铷原子钟打破了外国禁运,为北斗卫星导航系统组网作出了重要贡献。

此次获奖的卫星充放电效应模拟测试与防护关键技术,直接应用于我国空间站整星仿真和首个电位主动控制系统研制,将确保我国空间站建设和航天员出舱活动安全。此外,该技术还应用于上百颗卫星充放电防护设计,无一例发生在轨充放电故障,为新一代卫星平台提供“安全屏障”。

32年来,李得天带领团队先后突破真空压力、气体微流量(漏率)等真空参数计量难题,建成系列真空标准装置,建立了完整的国防真空测试计量技术体系,实现国防科技工业真空量值准确统一;突破真空等离子体测试难题,建立空间电推进真空等离子体束流在线动态测试评价能力,打通长期限制我国全新一代空间推进技术工程应用的最后一道难关;拓展空间真空模拟测试新方向,实现真空粒子测试到卫星材料真空效应模拟测试的跨越,建成我国卫星充放电真空模拟测试和整星仿真能力,为我国卫星在轨安全运行作出重要贡献。

他曾荣获“国家有突出贡献中青年专家”称号,获国家杰出青年科学基金、国家技术发明二等奖、何梁何利科学与技术创新奖、航天创新奖、航天贡献奖和我国真空科技界最高奖中国真空科技成就奖等各类奖励20余项,出版学术专著6部、发表论文200余篇,授权发明专利40余项。

面对这些足以让人仰视的成绩和荣誉,面对许多高校、一线城市抛来的“橄榄枝”,李得天只是淡淡地说:“地方好一点赖一点,待遇高一点低一点都没什么。能够为国家做点事,是最主要的。”

潜心“真空”三十年 一片丹心向航天

(责任编辑:董萍萍)

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