“小微球”的強國夢

張斯絮

馬里亞納海溝，是人類已知的海洋最深處。

2020年11月10日，中國“奮斗者”號全海深載人潛水器在馬里亞納海溝成功坐底，坐底深度10909米。這是中國自主研制的潛水器第一次把3名中國人送達地球的“第四極”，而“奮斗者”號也是人類歷史上第四臺抵達“挑戰(zhàn)者深淵”的載人深潛器，更是其中能力最強、技術(shù)最先進的一臺。

“奮斗者”

2020年11月10日，一個普通的工作日。與往常一樣，嚴開祺一大早便來到自己在中國科學院理化技術(shù)研究所的辦公室。但與往常不同的是，他沒有第一時間著手科研實驗，而是打開了一場視頻直播的鏈接。

或許網(wǎng)友們更關(guān)注“奮斗者”號下潛到了多少深度，而嚴開祺更關(guān)心的是它運行是否平穩(wěn)，狀態(tài)是否良好。“雖然我們的浮力材料已經(jīng)通過了實驗室里模擬深海環(huán)境的大量考核，但真正到達那個深度的時候，心還是懸著的——直到水下傳來‘萬米的海底，妙不可言的音頻，我才意識到，我們成功了！”

正如有評論所言，“比萬米海底更妙不可言的，是‘奮斗者號的國產(chǎn)標簽”，從2012年“蛟龍”號下潛7062米，到2020年“奮斗者”號創(chuàng)造10909米載人深潛新紀錄，中國的深海探測技術(shù)實現(xiàn)的不僅是從4位數(shù)到5位數(shù)的突破，更是從“國產(chǎn)化”到“國產(chǎn)”的壯舉。

很多人都沒有想到，在這一領(lǐng)域率先打破發(fā)達國家技術(shù)封鎖的，竟是一支完全由本土科研工作者組成的團隊。嚴開祺說，當年研究生畢業(yè)，許多同學選擇出國深造。正是導師張敬杰的教導——“關(guān)鍵核心技術(shù)要不來，買不來，求不來”，讓他留在了這個不算熱門的“微珠材料制備新工藝及其應(yīng)用技術(shù)”研究組。

從提出新理論，研制新設(shè)備，到主動擔當海試重任，長期駐扎北京通州、河北廊坊等實驗基地，嚴開祺和同事們一路走來，已經(jīng)初步開啟國產(chǎn)深潛浮力材料規(guī)模應(yīng)用的新局面，成為中國萬米潛水器背后最堅實的奮斗者。

2020年12月15日，共青團中央、全國青聯(lián)發(fā)布《關(guān)于授予“奮斗者”號全海深載人潛水器科研團隊和個人“中國青年五四獎?wù)隆钡臎Q定》。中科院理化所項目研究員嚴開祺榮獲“中國青年五四獎?wù)隆薄?h3>一畢業(yè)，就出海

“我們常說做科研，無外乎兩個目標，要么上書架（形成新的理論），要么上貨架（研發(fā)新的產(chǎn)品）。”

“奮斗者”號載人深潛器準備下海

憶及當年的保研經(jīng)歷，嚴開祺坦言自己是在了解理化所微珠團隊的研究方向后，毅然投至張敬杰老師麾下的。“這個方向既有基礎(chǔ)研究又有產(chǎn)業(yè)化，而且是跟國際最頂尖的團隊在賽跑，我想接受這樣的挑戰(zhàn)。”

萬米海底的壓強，相當于一萬只大象站在一平方米大小的地面上。此時，深潛器想要通過母船的拉力或者自身的動力實現(xiàn)上浮，宛如愚公移山。只有依靠一種又輕又抗壓的材料，才有可能在深潛器完成水下作業(yè)拋載之后，實現(xiàn)無動力上浮。

這種被視為深潛器六大關(guān)鍵技術(shù)之一的固體浮力材料，由空心玻璃微球加上樹脂基材通過混合和熱固化形成，其中空心玻璃微球是關(guān)鍵。20世紀50年代，美國、日本、俄羅斯開始研制空心玻璃微球，高性能產(chǎn)品至今仍對我國設(shè)限。而我國從20世紀90年代開始“白手起家”，老一輩研究員宋廣智、張敬杰采用全新的技術(shù)打通了“軟化學”法制備空心玻璃微球的先進路線，使我國在該領(lǐng)域擁有了自主知識產(chǎn)權(quán)。

“這是一條完全自主的技術(shù)路線，意味著一切都是未知。”在缺少文獻和經(jīng)驗借鑒的情況下，想要獲取最可靠的一手數(shù)據(jù)，海試很重要。

2012年夏天，嚴開祺碩士畢業(yè)后留在課題組工作。他主動承擔了海試的任務(wù)，報名科技部資助的規(guī)范化海試航次，作為課題組中的海試“第一人”三赴南海。

在甲板上作業(yè)，充滿著不確定性。“你永遠不知道下一次的浪從哪里來，稍有不慎，就可能被海浪打翻在地。”嚴開祺負責的是與浮力材料相關(guān)的潛標布放、回收，在他的回憶里，每一次作業(yè)都非常緊張，以至于留下了“沒拍過一張工作照”的遺憾。

“從沒想到（一次出海）七八天會那么難熬。”沒有手機信號，飲食供給有限，嚴開祺說，“越到后面，那種孤獨、寂寞，甚至是恐懼感越強烈……每次出海我都會瘦好多。”

但正是通過這種方式，在長時間的海試驗證中，他們自主研制的樣品吸水率小于1%，性能達到國際先進水平。

栽好梧桐樹，鳳凰自然來。2014年年底，一個偶然的機會，嚴開祺和導師張敬杰在參加中科院“先導科技專項”立項評審的時候，遇到了“蛟龍”號總設(shè)計師徐芑南院士。“徐院士看到我們的海試樣品，非常高興，馬上安排人與我們對接。其實此前他們已經(jīng)找了很多單位，但浮力材料的問題一直沒有解決。就這樣，我們緊急加入了‘深海勇士號的攻關(guān)。”

從樣品，到產(chǎn)品

走進中科院理化所嚴開祺所在團隊的實驗室，上百平方米的空間里擺滿了各式各樣的精密儀器。然而，要完成工程化的指標，把以克為單位的樣品量產(chǎn)到上百公斤級，這里遠遠不能滿足需求。

2015年，為了完成為我國第二臺載人深潛器“深海勇士”號提供浮力材料的任務(wù)，理化所緊急為團隊調(diào)配了河北廊坊園區(qū)場地，并由中科院院長特別支持基金和理化所所長基金匹配了部分經(jīng)費。

那幾年，嚴開祺和同事們幾乎是駐扎在實驗基地，度過了最熱的伏天和最冷的寒冬。“暖氣不足，車間很冷，我們都是裹著軍大衣、大棉襖在現(xiàn)場操作。因為實驗涉及粉塵之類，所以每個人出來，頭發(fā)全是白的。”

然而比起環(huán)境的艱苦，更讓嚴開祺記憶猶新的是科研上的艱辛。“為什么我們現(xiàn)在發(fā)表的論文數(shù)量在國際上數(shù)一數(shù)二，但轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力的卻沒有那么多？因為樣品和產(chǎn)品完全是兩碼事——為了做一個樣品，我可以精挑細選。在100個里面，有一個成功就行了。但要做成產(chǎn)品，這100個里面至少有95個要成功，而我們要做到100%。”

談及前期的狀況，張敬杰曾說“失敗一個接著一個，廢品如小山般堆積，每天都在打擊中度過”。在那兩三年間，嚴開祺經(jīng)常睡不好：“連做夢都在想這個事情，是哪里沒有做到位，哪里設(shè)計不合理？為什么總差那么一點點？”

記者問：“那一點點指的是什么？”

嚴開祺答：“就是頭發(fā)絲那個量級的小微球的耐壓強度。”

后來，大家開始咬著牙逼自己“慢下來”。“一種原材料一種原材料地去分析、計算、設(shè)計，對關(guān)鍵的工藝設(shè)備挨個進行參數(shù)調(diào)整、改造和升級……終于在某一天，找到了關(guān)鍵突破點。一旦跨越那個階段，研制工作就變得輕松一些了，每天都能獲得一點小突破，終于又找回了成就感。”

就在當年廊坊基地緊張攻關(guān)的階段，嚴開祺家里還發(fā)生過一件“驚險”的大事。“那天我正做著實驗，突然接到妻子的電話，她要臨產(chǎn)了！幸運的是，當時所里有位老師開了自己的車到廊坊，我趕緊請他幫忙把我?guī)Щ乇本４掖颐γs到醫(yī)院，簽完字，我的大女兒已經(jīng)出生了。”

說到家人，如今兒女雙全的嚴開祺滿心感恩。“我確實沒有很多時間、精力照顧家庭，而他們用實際行動支持了我的事業(yè)。”

2016年12月，團隊按時交付了固體浮力材料，助力“深海勇士”號國產(chǎn)化率達到95%。在女兒生日的時候，嚴開祺將他最為珍視的“深海勇士”號參研參試人員紀念牌和小模型送給了她。

在嚴開祺心里，這就是他送給孩子最好的禮物。

科學家們的工程化“洗禮”

2017年，嚴開祺開始擔任“奮斗者”號全海深載人潛水器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的副主任設(shè)計師。

為什么讓這位當時在團隊中最年輕、資歷最淺的“85后”助理研究員擔當如此重要的角色？團隊負責人張敬杰研究員回答，這個“副主任設(shè)計師”不是榮譽，而是責任，而且責任很大。個人基本功扎實、科研素質(zhì)高，有開闊的視野、有很強的學習能力，才有可能在完成分內(nèi)工作的同時，協(xié)調(diào)各個方面，對接工程總體，了解結(jié)構(gòu)系統(tǒng)其他方面的需要，再返回來消化好他們對我們的各項指標要求。

而在嚴開祺看來，參與這樣的國家戰(zhàn)略性重大工程，對于科學家不啻為一場“洗禮”。

“科學家的精神是追求極致，為此會去不斷地優(yōu)化、超越。而參與工程以后就不一樣了，我們要把自己當成螺絲釘，要和其他各個環(huán)節(jié)去匹配。在這個過程中，我要去扭轉(zhuǎn)大家的思維——性能一旦定了，你低了不行，高了也不行，要盡可能地做出一致性和穩(wěn)定性來。”

于是，僅僅是為了達到小微球的指標，他們就做了上千次實驗。研制出小微球之后，再與團隊里潘順龍博士、廖斌博士研制的高性能基材進行匹配，又是上千次實驗！

2020年年末，“奮斗者”號第13次完成下潛任務(wù)，除了刷新10909米的世界下潛深度，還有另一歷史時刻令萬眾矚目——實現(xiàn)全球首次萬米海底的實時直播。2020年11月13日，輔助廣大網(wǎng)友打卡地球“第四極”的，其實還有“奮斗者”號的兩位好“幫手”——“滄海”號和“凌云”號。這兩部同時坐底的深海視頻著陸器就是“奮斗者”號的專用攝影和打光。這背后，是嚴開祺在研制“奮斗者”號的同時，又組織的一支突擊小分隊。他和同門師弟廖斌博士為包括“滄海”號、“凌云”號等在內(nèi)的我國萬米集群無人潛水器，研制出了更低密度的全海深浮力材料，從而推動我國躋身具有全海深探索能力的國際第一梯隊。

嚴開祺相信，“奮斗者”號的研制成功，一定可以帶出很多產(chǎn)業(yè)來。就以他們主攻的空心玻璃微球為例，這種材料不僅可以用在幾乎所有的輕量化產(chǎn)品上，而且在隔熱、隔音、耐高溫、耐磨等領(lǐng)域，都有著廣泛的應(yīng)用。

既服務(wù)于國家的戰(zhàn)略，也面向市場的需求。為了實現(xiàn)新材料的多功能化，一方面要布局相關(guān)的基礎(chǔ)研究，另一方面要把新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。嚴開祺說：“未來的路還很長，就像團中央的表彰辭所說，唯堅定者，方可行穩(wěn)致遠。”

（平 野摘自《中國青年》2021年第2期）