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回眸70年 哈工大科学研究领域的“世界第一”

发布时间:2019-10-09 23:31:54 已有: 人阅读

  习总强调,科技是国之利器,国家赖之以强,企业赖之以赢,人民生活赖之以好。中国要强,中国人民生活要好,必须有强大科技。新中国成立70年来,“立足航天、服务国防、面向国民经济主战场”逐渐成为哈工大鲜明而独特的办学特色和宗旨。从新中国“第一”,到“世界第一”,哈工大始终坚持面向国家重大需求,面向国际科技前沿,在多个领域取得一个又一个标志性成果,为新中国建设和改革开放事业做出了重要贡献。本文选取哈工大在科研领域达到“世界第一”水平的部分成果,共同领悟哈工大人“不忘初心、牢记使命”的责任担当。2020年,哈工大将迎来建校百年,与国家发展同向同行的哈工大人,一定会交上一份让党和人民满意的答卷。

  在哈工大校园里,多年来伫立的一个寓意“知识就是力量”的球形雕塑,早已成为师生眼中最熟悉的“风景”,也成为哈工大校园的一个文化地标。

  这个球形雕塑所采用的无模胀形技术就是对100多年来球罐制造技术产生根本性变革、世界球罐加工技术领域首创的一项重要技术,曾荣获第36届布鲁塞尔国际博览会尤里卡发明金奖、国家技术发明奖和国家科技进步奖。而这项技术的发明人,就是被誉为“球王”的王仲仁教授。

  20世纪90年代的第一个秋天,北京亚运圣火燃烧在亿万人民心中。在第十一届亚运会上,位于北京奥林匹克体育中心田径场东侧的一个新颖别致的艺术造型,蔚为壮观,十分令人瞩目。这是一个直径4米、重3吨的橘红色大型钢铁艺术造型,从远处看像一轮初升的太阳冉冉升起,从侧面开口处看像一枚点燃的火箭即将腾空。其构思奇特精妙,给人以美的享受,为亚运会增光添彩。这个别具一格的精美造型就采用了一种新的工艺——王仲仁教授发明的无模胀形技术。

  以往球罐制造均采用在压力机上用模具将平板加工成球形壳板,再由球形壳板组装焊接成球罐的工艺。王仲仁发明的这项“球形容器无模胀形新工艺”从内部加压使多面壳体变成圆球,既不需用压力机,也不需用模具。采用该技术制造的液化气球形储罐、压力供水罐、球形供水塔等一批设备运行状况均良好。此外采用该技术还制造了青岛市“五月的风”、哈尔滨博物馆广场艺术球及哈工大校园内的尤里卡球等多个大尺寸球形装饰。

  “快舟星箭一体化飞行器技术及应用”2014年入选“中国高校十大科技进展”。该项目成果在国际上首次提出并实现了星箭一体化设计的理念和方法。利用该成果研制的“快舟一号”卫星于2013年9月25日成功发射。

  该项成果是在国家“863计划”重点支持下取得的一项原创性成果。针对突发灾害应急监测和抢险救灾信息支持的迫切需求,解决飞行器快速研制、快速发射、快速应用的核心技术问题,实现了我国固体运载器机动发射卫星首次成功,创造了我国遥感卫星最快成像纪录。项目总体指标国内领先、国际先进,开辟了我国快速响应空间技术发展的新途径,取得了重大的经济和社会效益。

  “快舟一号”在巴基斯坦阿瓦兰地震、花莲地震、新疆于田地震、四川冕宁县森林火灾、霍尼亚拉洪灾、马航MH370客机失联、中国科考船“雪龙号”破冰支援等灾害发生后,及时实施了灾情监测,快速获取了灾害信息。

  “快舟一号”作为我国首颗具有快速响应能力的卫星,还应用在工程建设、土地利用、采矿区开采、水文、环境等实时监测方面,为国内19个省份61家用户单位提供了高质量遥感影像。

  2016年9月25日,有着超级“天眼”之称的500米口径球面射电望远镜(简称FAST)在贵州省平塘县的喀斯特洼坑中落成启用。从理论上说,“天眼”能接收到137亿光年以外的电磁信号,这个距离接近宇宙边缘。中国的这个“天眼”之所以能看得这么远,还这么准,有一项全球首创的技术发挥着至关重要的作用,它就是由哈工大研究人员主要承担和完成的FAST项目主动反射面结构系统。

  “天眼”由中国科学院国家天文台主持建设,从概念到选址再到建成,耗时22年,是具有自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。FAST项目由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端、观测基地等几大部分构成。哈工大空间结构研究中心沈世钊院士、范峰教授、钱宏亮教授为首的研究团队,自2003年起全程参与了FAST项目结构系统的预研、可行性研究和初步设计,提出的主动反射面结构方案和多项关键技术成功应用于FAST项目,为超级“天眼”的国家立项和落成启用提供了强有力的技术支撑和保障。

  由于哈工大在FAST项目中作出的突出贡献,2010年,中国科学院国家天文台将1996年6月7日发现的小行星命名为“哈工大星”,哈工大成为全国为数不多的获小行星命名殊荣的高校。“天眼”落成当天,沈世钊院士、范峰教授、钱宏亮教授到现场见证了这一历史时刻。

  2016年11月9日下午,中央总、国家主席、主席习来到中国载人航天工程指挥中心,观看了天宫二号航天员与空间机械手的人机协同在轨维修科学试验。在电视画面中,手控机械臂至预定位置、机械手和机械臂动作、机械臂复位和数据手套状态恢复,航天员精准完成一连串试验动作。

  人机协同在轨维修技术试验为国际首次,由哈工大与中国航天科技集团公司第五研究院、北京理工大学共同完成。该项试验主要面向航天设备在轨组装及拆卸任务,探索人机协同完成在轨维修典型作业,为空间机器人在轨服务积累经验。

  天宫二号空间机械手由哈工大研制,包含多感知柔性机械臂、五指仿人灵巧手、及其软件、手眼相机、人机交互设备及其软件等。研制团队在三年研制周期内,完成了产品研制、地面操作试验、空间环境适应性试验等工作。2016年9月15日,空间机械手随天宫二号发射入轨。2016年10月19日,天宫二号与神舟十一号对接后,航天员与机械手协同完成了拿电动工具拧螺钉、拆除隔热材料、在轨遥操作等科学试验。人机协同在轨维修试验是天宫二号三大关键试验任务之一,航天员地面培训共计10人天、在轨操作共计80人时。截止2016年11月13日,完成全部试验任务。人机协同在轨维修技术将为实现我国空间站的高效、安全运营提供重要保障。

  2016年1月3日,由哈工大能源学院于达仁教授团队、材料学院特种陶瓷研究所和航天五院502所联合研制的我国新一代磁聚焦型霍尔电推力器HEP-100MF在实践十七号卫星上采用,该卫星搭载“长征五号”运载火箭在海南文昌卫星发射中心发射成功。11月22日,推力器在地球同步轨道点火成功,标志着磁聚焦型霍尔电推力器在国际上首次实现空间应用。

  于达仁教授团队针对传统霍尔推力器喷流发散角大,束流对壁面的轰击降低推力器的寿命、比冲和效率等问题,在国家杰出青年基金、国家自然科学基金创新研究群体和基础科研等项目支持下,开展了等离子体流动控制和磁聚焦方法研究,先后突破了霍尔推力器的宽范围磁聚焦技术、热电磁耦合设计技术、低频振荡控制技术、低功耗高可靠空心阴极、耐溅射氮化硼特种陶瓷材料等关键技术,实现了航天飞行样机的小羽流发散角高性能可靠稳定放电,羽流发散半角15°,居国际领先水平,比冲较国际同类型号SPT100提高20%,大幅降低了推力器燃料消耗和羽流对航天器的影响,为我国新一代长寿命航天平台提供了具有自主知识产权的新一代霍尔电推力技术,可广泛应用于空间站、深空探测、高低轨地球卫星轨道控制等领域。

  2017年12月28日,我国启动“中国十万人基因组计划”,这是我国在人类基因组研究领域实施的首个重大国家计划,也是目前世界最大规模的人类基因组计划。

  此次启动的“中国十万人基因组计划”覆盖地域包含我国主要地区,涉及人群除汉族外,还将选择人口数量在500万以上的壮族、回族等9个少数民族。科学家们希望通过绘制中国人精细基因组图谱,来研究疾病健康和基因遗传的关系。

  基因是DNA上有遗传效应的片断,人类的生、老、病、死等都与基因有关。而基因组和基因是整体与部分的关系,人类基因约有25000个,基因组研究的目的就是要把内这25000个基因的密码解开,从而破译人类的遗传信息。此次基因组计划,就是要绘制我们民族的基因图谱。

  项目首席科学家王亚东教授说,主要目标是研究中国人从健康到疾病是怎么转化的,为中国的医学研究或者是临床诊断、治疗疾病提供参考。按照计划,整个项目将在四年内完成全部的测序与分析任务,这也将是当前世界上推进速度最快的基因组工程。

  2018年1月23日从国防科工局、国家航天局获悉,我国新一代高轨技术试验卫星实践十三号搭载的激光通信终端,成功进行了国际首次高轨卫星对地高速激光双向通信试验。此次试验由哈工大马晶、谭立英教授所带领的卫星激光通信团队负责。团队取得了多项技术突破,攻克了多项国际难题。

  据介绍,试验任务达到预期效果,取得成功,标志着我国在空间高速信息传输这一航天技术尖端领域走在了世界前列,为后续天地一体化信息网络国家重大科技工程的实施奠定了坚实基础。

  卫星激光通信具有通信容量大、传输距离远、保密性好等优点,是建设空间信息高速公路不可替代的手段,也是当前国际信息领域的前沿科学技术。尤其是高轨星地激光通信技术,技术难度极大,是当前各国竞相开发的热点。

  国防科工局有关负责人表示,卫星激光通信实现创新跨越发展,是我国航天科技自主创新的典范。哈工大项目团队坚持自主创新,研制了5代适应不同轨道卫星的终端产品,实现了卫星激光通信终端从无到有、从大到小、从重到轻、从低轨到高轨的重大跨越,构建了高轨、低轨和地面的激光通信试验试用体系,为超大容量高分辨率对地观测数据中继和传输提供了技术支撑。

  2018年11月18日,苑世剑教授团队提出的新一代流体高压成形技术攻克了超大超薄曲面整体结构成形中起皱和开裂缺陷并存的国际性难题,在国际上首次直接成形出运载火箭直径3m级燃料贮箱薄壁整体箱底,成功摘得火箭上的“王冠”。

  据介绍,燃料贮箱箱底被誉为火箭上的“王冠”。因为燃料贮箱是运载火箭的主体结构,由筒体、叉型环和箱底组成,但箱底受力复杂,是影响全箭可靠性的关键构件。苑世剑教授团队提出的“双向可控加压流体高压成形新技术”解决了深腔曲面件起皱与破裂并存的难题,突破现有技术的成形极限。

  为实现该技术在工业上的应用,哈工大流体高压成形技术研究所联合航天等部门,自主研制出超大型板材流体高压成形机。该板材流体高压成形机是目前世界上最大的薄板液压成形机,成形力和高压液体体积分别是此前国外同类最大设备的1.5倍和10倍。该团队采用多路增压器并联同步控制技术,解决了超大体积高压液体增压与调控难题。

  此前在长征七号运载火箭研制中,该研究所采用具有自主知识产权的流体高压成形技术,在国际上首次研制出整体结构五通件,大幅提高了低温燃料增压输送系统的可靠性,为中国运载火箭升级换代起到了不可替代的作用。

  2018年5月21日,“龙江二号”绕月小卫星随嫦娥四号任务“鹊桥”号中继星搭载发射,2018年5月25日22时顺利进入环月轨道,成为全球首个独立完成地月转移、近月制动、环月飞行的微卫星。哈工大成为世界首个将微小型航天器送入月球轨道的高校。

  “龙江二号”整星重量仅47公斤,设计寿命1年,实际在轨运行437天,完成了既定任务目标。2019年7月31日22时20分,在地面飞行控制人员的精心操控下,“龙江二号”月球轨道超长波天文观测微卫星,按计划在月球背面预定区域受控撞月。该项目的成功实施,探索了一种低成本深空探测的新模式。

  “龙江二号”在完成技术试验和探测任务的同时,还大大促进了民间的国际交流。卫星发射前,哈工大研制团队不仅完成了国内四个地面站的准备工作,还联合日本和歌山大学、荷兰德文格洛25米射电望远镜等全球40多个UV地面站参与了数据接收,2019年2月,中方团队与荷兰、德国合作伙伴拍摄的“最美地月合影”照片在英国《独立》报和美国《科学》杂志上刊发,引起广泛关注。

  2019年8月28日,我校生命学院黄志伟教授团队在《自然》(Nature)上在线发表题为《人T细胞受体-共受体复合物组装的结构基础》(Structural basis of assembly of the human TCR-CD3 complex)的研究文章(Article)。该研究首次解析了人T细胞受体-共受体(TCR-CD3)复合物(包含全部8个亚基)的高分辨率冷冻电镜结构,通过对结构分析,揭示了TCR和CD3亚基在膜外侧以及膜内识别、组装成功能复合物的分子机制,从而回答了免疫领域关于T细胞受体结构的基础科学问题,对解析T细胞活化的分子机制具有重要的科学意义,同时也为开发基于T细胞受体的免疫疗法提供关键结构基础。

  文章审稿人对该项研究给予高度评价:“该研究工作代表了细胞适应性免疫的分子机理研究的一个重要里程碑。通过阐明第一个在膜上组装的T细胞受体和其CD3共受体的结构,极大地增加了我们对T细胞识别抗原反应的激活机制的理解。”

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