劉杰：相伴“中國(guó)龍”守護(hù)“航天芯”

2021年7月4日下午，經(jīng)過(guò)約7個(gè)小時(shí)的艙外工作，圓滿完成出艙任務(wù)的航天員劉伯明、湯洪波安全返回天和核心艙……

地球上，在甘肅蘭州的一個(gè)安靜院落里，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所研究員劉杰仰望深邃的蒼穹，為天宮空間站送去祝福。

近30年來(lái)，就是在這個(gè)院落里，伴隨著中國(guó)載人航天工程的鏗鏘步履，作為國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)“核高基”（核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品）項(xiàng)目的首席科學(xué)家、“悟空”衛(wèi)星塑閃陣列探測(cè)器主任設(shè)計(jì)師，劉杰主持完成了國(guó)內(nèi)400多家單位（次）、幾萬(wàn)顆芯片的測(cè)試評(píng)估，為“嫦娥”“北斗”“天宮”等航天器的大規(guī)模國(guó)產(chǎn)化集成芯片，提供了重要技術(shù)支撐，默默演繹著浪漫的奮斗故事。

2021年4月，劉杰獲得全國(guó)五一巾幗獎(jiǎng)?wù)潞腿珖?guó)五一巾幗標(biāo)兵榮譽(yù)。

神秘的“中國(guó)龍”

當(dāng)火箭將衛(wèi)星送入太空，勇敢地沖破大氣層的時(shí)候，空間輻射也會(huì)洶涌而來(lái)，所有的電子設(shè)備和航天芯片都會(huì)成為單個(gè)高能宇宙射線的攻擊目標(biāo)，嚴(yán)重威脅航天器在軌運(yùn)行的安全。

“風(fēng)云一號(hào)”氣象衛(wèi)星是中國(guó)研制的第一代極地軌道氣象衛(wèi)星，但是第一顆衛(wèi)星僅僅服役了39天、第二顆衛(wèi)星服役了165天，都沒(méi)有達(dá)到預(yù)定的工作壽命。“風(fēng)云一號(hào)”衛(wèi)星故障地面復(fù)演實(shí)驗(yàn)任務(wù)交到了劉杰的手里。她和3名同事臨時(shí)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，兩天兩夜近40個(gè)小時(shí)沒(méi)有合眼，最終證實(shí)衛(wèi)星故障的原因：太空輻射導(dǎo)致計(jì)算機(jī)主板工作異常，造成衛(wèi)星姿控系統(tǒng)故障。

“隨后，我們利用重離子加速器大科學(xué)裝置，在地面模擬出空間輻射環(huán)境，開(kāi)展電子元器件抗輻射性能的檢測(cè)和評(píng)估。”劉杰回憶道。

劉杰所說(shuō)的重離子加速器，作為國(guó)際一流的大型核物理實(shí)驗(yàn)裝置，在許多人眼中就像一條神秘的“中國(guó)龍”。

依托這條“中國(guó)龍”，劉杰和團(tuán)隊(duì)成員建立了兩套單粒子效應(yīng)地面模擬裝置，具有國(guó)際一流技術(shù)指標(biāo)，為保障航天器安全運(yùn)行、建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)走出了關(guān)鍵的一步。

“悟空”的回答

2015年12月，暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”在甘肅酒泉發(fā)射成功，曾引起國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注，被稱(chēng)為“開(kāi)啟了中國(guó)空間科學(xué)時(shí)代”。

許多人也許不知道，就在“悟空”升空前，作為“悟空”衛(wèi)星塑閃陣列探測(cè)器的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和主任設(shè)計(jì)師，劉杰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)和“悟空”相伴了1500多個(gè)日夜，通過(guò)高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)、近于嚴(yán)苛的測(cè)試與計(jì)算，終于在探測(cè)器大動(dòng)態(tài)范圍、塑閃晶體溫度變形設(shè)計(jì)、多路前端電子學(xué)以及大規(guī)模集成芯片可靠性等方面，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)的突破。

“我們承擔(dān)的核心任務(wù)，在物理性能和工程可靠性上，99.99%的成功都是不合格，我們用100%的滿分交卷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航天芯片安全性、可靠性的極致追求。”劉杰說(shuō)，“當(dāng)聽(tīng)到評(píng)價(jià)我們‘超過(guò)國(guó)際同類(lèi)探測(cè)器’時(shí)，我們知道，距離科技強(qiáng)國(guó)的夢(mèng)想又更近了一大步。”

每一次的進(jìn)步，都需要科學(xué)家付出超越常人的艱辛。有一次，要將幾十片寬5毫米、厚30微米的非晶態(tài)合金表面打磨成鏡面。劉杰用指尖輕輕粘起，一遍一遍打磨，再用絨布和絲綢拋光，整整3個(gè)月時(shí)間，直到有一天，她吃驚地發(fā)現(xiàn)自己手上的指紋已經(jīng)被磨平……

甘坐冷板凳，闖過(guò)“無(wú)人區(qū)”

1985年，20歲的劉杰從北京師范大學(xué)物理專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，回到家鄉(xiāng)蘭州，走進(jìn)中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所，邊讀研邊工作。

劉杰回憶說(shuō)：“攻讀博士時(shí)，我選擇了無(wú)人關(guān)注的冷門(mén)課題——宇航電子元器件單粒子效應(yīng)研究。當(dāng)時(shí)這個(gè)項(xiàng)目沒(méi)有經(jīng)費(fèi)、沒(méi)有實(shí)驗(yàn)條件，論文成果也不容易發(fā)表……”

“科學(xué)探索就是要坐冷板凳、啃硬骨頭，當(dāng)國(guó)家有需要的時(shí)候，就要挺身而出。”劉杰說(shuō)。

科技進(jìn)步的跨越式發(fā)展，往往呈現(xiàn)出“井噴式效應(yīng)”——多年的探索、無(wú)數(shù)人的努力、時(shí)代的需要、個(gè)人的準(zhǔn)備往往匯聚在一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，只待一聲令下，萬(wàn)箭齊發(fā)。

劉杰總感覺(jué)自己就是這樣一支“箭”。

經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的努力，1988年12月，蘭州重離子加速器建成，1991年8月，蘭州重離子加速器國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建成，標(biāo)志著我國(guó)回旋加速器技術(shù)水平進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平，也開(kāi)辟了我國(guó)中能重離子物理基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的新領(lǐng)域。

正是在這樣的時(shí)代召喚下，年輕的劉杰與“風(fēng)云一號(hào)”悄然而遇。此時(shí)，我國(guó)載人航天工程 “三步走”戰(zhàn)略開(kāi)始起步。這以后，伴隨歷次“神舟”和“天宮”飛行任務(wù)，天地往返、太空出艙、交會(huì)對(duì)接等關(guān)鍵技術(shù)所需要的航天器國(guó)產(chǎn)化集成芯片的測(cè)試評(píng)估，接踵而來(lái)。

30年過(guò)去了，作為團(tuán)隊(duì)帶頭人，劉杰通過(guò)不斷地提升實(shí)驗(yàn)技術(shù)能力和效率，在研究重離子潛徑跡形成機(jī)制、高壓下地質(zhì)材料輻照效應(yīng)等方面的技術(shù)參數(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。