田少星/文

日前，工業(yè)和信息化部公布了2021年度國防科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單，中國航天科工集團(tuán)三院306 所申報(bào)的《某熱結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及應(yīng)用》項(xiàng)目榮獲國防技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。

至此，一個(gè)“昨夜獨(dú)上高樓、埋頭攻堅(jiān)十余載；再回首，已是敢為人先、勇立潮頭競風(fēng)流”的熱結(jié)構(gòu)材料專業(yè)開始走進(jìn)了大眾視線。

“祖國的需要，就是我們選擇的方向”

進(jìn)入21 世紀(jì)，“9.11”、全球金融危機(jī)等“黑天鵝”“灰犀牛”事件，推動(dòng)著國際局勢暗流涌動(dòng)，加速了未來世界軍事戰(zhàn)場從傳統(tǒng)空間向新型領(lǐng)域不斷拓展的步伐，空天飛行器的發(fā)展與應(yīng)用猶如一把“出其不意、攻其不備”的出鞘“利劍”，將從根本上改變傳統(tǒng)的戰(zhàn)爭時(shí)空觀念，因此成了世界大國競相搶奪的“必爭之地”。

要想鍛造一把“看得見、追不上”的護(hù)國強(qiáng)軍“利劍”，就要解決讓“利劍”出鞘時(shí)，既可以飛的更快、更高、更強(qiáng)，卻同時(shí)又不被自身產(chǎn)生的高溫烈火灼傷，這個(gè)難點(diǎn)是把“利劍”從藍(lán)圖變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)，也是剛成立五周年的306所，敢于“著眼前沿戰(zhàn)略布局”的敏感點(diǎn)。

立身于“強(qiáng)軍首責(zé)”沃土中的306 所，是一家致力于航天特種材料技術(shù)研發(fā)的研究所，它深知大國重器的基礎(chǔ)是材料，不僅要能鑄造“利劍”軀體的“外衣”，還要能鑄造“利劍”關(guān)鍵部位的“核芯衣”；它也明知這款未經(jīng)問世的熱結(jié)構(gòu)材料，在國際國內(nèi)都尚屬“專業(yè)發(fā)展零起步、前途未卜多堪憂”。

“祖國的需要，就是我們選擇的方向”，時(shí)任306 所副所長，如今也是集團(tuán)新材料領(lǐng)域首席專家的裴雨辰，得知國家有需求的時(shí)候態(tài)度堅(jiān)定地說。

至此，306 所開啟了一段守護(hù)“利劍”心臟，讓超高溫?zé)崃骺焖俅┻^“利劍心房”，卻能安然無恙的熱結(jié)構(gòu)材料研發(fā)攻堅(jiān)戰(zhàn)。

篳路藍(lán)縷啟山林 風(fēng)洞試驗(yàn)煉“真金”

草創(chuàng)之際，困難與壓力不只來源于缺少設(shè)備、人員、技術(shù)等這些“自身?xiàng)l件”，還來源于國內(nèi)外其他團(tuán)隊(duì)的“同臺(tái)競技”，而技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)需求全國統(tǒng)一，這又給正在成長階段的306 所增加了一層“到底能不能干出一番名堂”的心里枷鎖。

“搞科研就要有搞科研的樣子，決定干了就要擺正面對困難的態(tài)度，起步晚我們可以多想想怎么奮力追趕”，當(dāng)初做研究的博士生，如今已伴隨著專業(yè)成長為副所長的孫同臣，再談當(dāng)年的初創(chuàng)困境，依然口吻堅(jiān)定、眼神堅(jiān)毅。

謀定而快動(dòng)，為了搶占發(fā)展先機(jī)，“招兵買馬、搭建設(shè)備、性能研究、工藝攻關(guān)，我們當(dāng)時(shí)幾乎同時(shí)并行”，組長王濤臨危受命后帶著組員李曉東，向著一代熱結(jié)構(gòu)材料發(fā)征途“踽踽前行”。

材料研究的最大特點(diǎn)就是在材料配方的反復(fù)調(diào)配、工藝參數(shù)的反復(fù)摸索中找到最優(yōu)、不斷迭代。而這，需要一定的基礎(chǔ)資料和大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證做支撐。

對于一個(gè)在國際國內(nèi)尚屬于前沿階段的新專業(yè)，能參考借鑒的資料可想而知。目之所及的資料太少，科研人員就把重心放到了實(shí)驗(yàn)中。

“前期實(shí)驗(yàn)失敗的次數(shù)太多，我們對研究方向也產(chǎn)生了懷疑，但就算有懷疑，我們還是想再多試一次，”就是憑著這“多試一次”的堅(jiān)持，孫同臣、劉俊鵬等科研人員一起捱過了“黎明前的黑暗”。

從查閱資料“了解熱結(jié)構(gòu)材料的來龍去脈”，到無數(shù)次構(gòu)想“前沿應(yīng)用層面的熱結(jié)構(gòu)材料應(yīng)該具備的性能”，再到設(shè)計(jì)的一張張實(shí)驗(yàn)階段的材料配方，在“高溫裂解爐里翻云滾燙”。

幾百個(gè)日日夜夜的“再多試一次”，近百種材料配方在科研團(tuán)隊(duì)的設(shè)想中誕生、在實(shí)驗(yàn)中涅槃、在涅槃中重生。

經(jīng)歷多次一代材料的循環(huán)迭代后，材料的耐高溫等級有了明顯的提升。在一個(gè)萬物復(fù)蘇的春天，306 所研制的二代熱結(jié)構(gòu)材料，迎來了它的“人生大考”——地面風(fēng)洞模擬試驗(yàn)。

風(fēng)洞試驗(yàn)的監(jiān)控視頻里，材料平板像“真金”一樣，被放進(jìn)模擬利劍關(guān)鍵部位的“典型極端環(huán)境”里，將經(jīng)受烈火焚燒的考驗(yàn)。

點(diǎn)火按鈕啟動(dòng)，一股如“電光”般的氣流，從屏幕前“一閃而過”，并伴隨著零星的“火石”在空中“曇花一現(xiàn)”。“那一刻，雖然還沒離開試驗(yàn)現(xiàn)場，但我們都心花怒放了，因?yàn)椤鹗叫?，就說明材料的耐高溫、耐燒蝕的性能越高”，在場的科研人員于新民說：“這代表著我們306 所研制的熱結(jié)構(gòu)材料性能達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)”。

“千淘萬漉”定工藝 材料性能始如終

材料性能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，說明306 所的熱結(jié)構(gòu)材料研究，實(shí)現(xiàn)了“從零到一”的重大突破，具備了十分重要的科研價(jià)值，而材料研究的最終目的，是為了實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用，生產(chǎn)出飛行試驗(yàn)構(gòu)件，是材料研究從科研價(jià)值轉(zhuǎn)向工程價(jià)值的關(guān)鍵一步，與材料研發(fā)問世同等重要。

如果說材料的研發(fā)沒有成功的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，完全是靠在無數(shù)次的嘗試中完成從量到質(zhì)的蛻變，那么從材料到構(gòu)件研制，同樣沒有任何可以學(xué)習(xí)參考的經(jīng)驗(yàn)，而這又是一個(gè)遠(yuǎn)比我們想象中更為復(fù)雜、更為曲折的攻堅(jiān)過程。

做一個(gè)風(fēng)洞試驗(yàn)中需要的小塊材料平板，和做一個(gè)飛行試驗(yàn)中需要的大塊復(fù)雜異型構(gòu)件，即便相同的工藝流程，也將不可避免受到諸如溫度、厚度、壓力、甚至是制備工藝中浸漬速流等多種因素影響，進(jìn)而影響材料性能的穩(wěn)定。

“眼前這塊黑、硬、輕的熱結(jié)構(gòu)材料，其實(shí)是一種隨著環(huán)境變化，材料性能也會(huì)隨之變化的‘花心大蘿卜’”，科研人員劉偉介紹說，“從材料到構(gòu)件面臨的主要困難在于，如何在材料尺寸放大后還能保持材料性能不變？這既是能否將構(gòu)件研制成型的技術(shù)難點(diǎn)，也是同行業(yè)競爭中淘汰率最高的關(guān)鍵一步”。

從材料平板到異形構(gòu)件，需要經(jīng)歷“高溫預(yù)處理、界面層制備、熱應(yīng)力釋放、陶瓷基體制備、內(nèi)部質(zhì)量檢測”等五大步，長達(dá)五到六個(gè)月的研制周期，如果其中任何一步出現(xiàn)問題都意味著前功盡棄，都將導(dǎo)致研制周期延遲半年到一年、甚至一年到兩年。

在“兵貴神速”“搶占市場”的科研攻堅(jiān)階段，時(shí)間就是生命，是科研工作耽誤不起的最大成本。

為了快速得到如今這套性能穩(wěn)定、嚴(yán)絲合縫的工藝方案，科研人員群策群力決定“拿空間換時(shí)間”：即在同一周期內(nèi)、設(shè)計(jì)不同的研制方案、最后對比選出最優(yōu)方案。

琢之磨之“玉汝成”“一飛沖天”揚(yáng)美名

在經(jīng)過“繁瑣與大量”的實(shí)驗(yàn)戰(zhàn)中“抽絲剝繭、去偽存真”，最后得到如今這套行云流水一般的工藝方案，也只是確保一個(gè)毛坯構(gòu)件的合格誕生，決定它能不能從研制到應(yīng)用的另一大考驗(yàn)，是如何在大國工匠們的精雕細(xì)琢、刀劈斧鑿后保持精確成型？

機(jī)械加工的天花板在于對構(gòu)件精度的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求。不同型號(hào)的構(gòu)件，哪怕存在毫厘之間的精度差異，在實(shí)現(xiàn)的過程中可能就會(huì)出現(xiàn)不同量級的難度系數(shù)，這需要大國工匠們必須具備“利劍心臟內(nèi)耍大刀”“方寸之間定乾坤”的精湛技藝，同樣還需要結(jié)合材料特點(diǎn)、機(jī)加時(shí)機(jī)、刀具選擇、加工方式，再經(jīng)一番“千挑萬選”“屢驗(yàn)屢試”后，形成“對構(gòu)件損傷度最低、精確成型度最高”的精湛工藝。

多一寸不可、差一厘的不行的完美搭配，保證了從材料到構(gòu)件的華麗蛻變。

幾年后的一個(gè)秋天，沙翻大漠黃的某試驗(yàn)場地傳來喜訊，搭載著306 所熱結(jié)構(gòu)材料構(gòu)件的某飛行器，首飛試驗(yàn)取得了圓滿成功。這一喜訊傳遞著306 所熱結(jié)構(gòu)材料憑借硬核實(shí)力獲得了國家和上級機(jī)關(guān)的認(rèn)可，再次實(shí)現(xiàn)了從工程價(jià)值到應(yīng)用價(jià)值的進(jìn)階跨越，一舉奠定國際國內(nèi)行業(yè)領(lǐng)先地位。

要想順利實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，還需要克服“質(zhì)量零缺陷、控制成本、按時(shí)交付”等一系列嚴(yán)格苛刻的要求。

“裝備生產(chǎn)是一個(gè)非常龐雜的系統(tǒng)工程，任何一個(gè)構(gòu)件出現(xiàn)問題都會(huì)對整體起到牽一發(fā)而動(dòng)全身的嚴(yán)重影響，306 所承接交付的應(yīng)用構(gòu)件，必須做到質(zhì)量零缺陷?！爆F(xiàn)任306 所所長的柳曉輝對構(gòu)件質(zhì)量提出了“穩(wěn)定可靠”“精益求精”“打造精品”的嚴(yán)格要求。

到了構(gòu)件應(yīng)用階段，質(zhì)量零缺陷就不僅僅要求材料研發(fā)、構(gòu)件工藝的質(zhì)量零缺陷，它需要的是306所各個(gè)相關(guān)部門協(xié)同配合、合力攻堅(jiān)，步步工作零缺陷才能達(dá)到交付產(chǎn)品零缺陷。

至此，306 所熱結(jié)構(gòu)材料專業(yè)，完成了從科研價(jià)值、工程價(jià)值、到應(yīng)用價(jià)值一系列的“角色轉(zhuǎn)變”。

成績斐然十余年 為國鑄劍護(hù)人民

從十多年前開辟專業(yè)零起步、刻苦攻關(guān)攀高峰，到近日獲得國防技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)，306 所熱結(jié)構(gòu)材料專業(yè)已走過十余年。

這是一直在成長的十余年。

這十余年，專業(yè)研究取得了從“從一代到三代、一代更比一代強(qiáng)”的輝煌戰(zhàn)績，熱結(jié)構(gòu)材料的耐溫等級在多輪迭代中持續(xù)高升，為空天飛行器動(dòng)力應(yīng)用釋放了巨大空間；相關(guān)技術(shù)在多個(gè)型號(hào)的的不同部位得到了工程應(yīng)用，研發(fā)應(yīng)用水平一躍達(dá)到了國際國內(nèi)“遙遙領(lǐng)先”。

這十余年，專業(yè)攻堅(jiān)不僅局限于復(fù)材優(yōu)勢、還敢于挑戰(zhàn)舒適區(qū)，克服了原材領(lǐng)域短板、追溯復(fù)材上游、深挖基礎(chǔ)材料源頭，和中科院化學(xué)所進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，研究開發(fā)了多種陶瓷前驅(qū)體新材料，為熱結(jié)構(gòu)材料專業(yè)“再添新丁”作出了重大貢獻(xiàn)。

這十余年，該專業(yè)獲授權(quán)發(fā)明專利已達(dá)40 余項(xiàng)，且承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、國防基礎(chǔ)科研、國防前沿創(chuàng)新、集團(tuán)自主創(chuàng)新等一大批重大項(xiàng)目,先后榮獲國防技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)、中國發(fā)明專利獎(jiǎng)、集團(tuán)公司技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)等多個(gè)重大獎(jiǎng)項(xiàng)。

“十余年里從一個(gè)只有4名技術(shù)人員、從零開辟的專業(yè)，到如今成長為一個(gè)具備“基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、工程應(yīng)用”的成熟鏈條的專業(yè)，為“守護(hù)和平、鑄劍強(qiáng)軍”作出應(yīng)有貢獻(xiàn)，306 所創(chuàng)造了一個(gè)熱結(jié)構(gòu)材料專業(yè)發(fā)展的奇跡！”當(dāng)初為國家在該領(lǐng)域空白而擔(dān)憂的某領(lǐng)導(dǎo)，看到現(xiàn)如今專業(yè)的發(fā)展，不禁發(fā)出了欣慰的認(rèn)可！

面對世界百年未有之大變局，履行強(qiáng)軍首責(zé)的航天材料人，不忘初心、踔厲奮發(fā)、向著科研高峰勇毅攀登。

望今朝、憶當(dāng)年，爾等埋頭攻堅(jiān)十余載，為?！袄麆Α背銮势桨?；“利劍”出鞘，為護(hù)你我歲月靜好。