兵工“利劍”護我歲月靜好我為“利劍”挑戰未知
——中國航天科工三院306 所熱結構材料專業發展側記

田少星/文

日前，工業和信息化部公布了2021年度國防科學技術獎獲獎名單，中國航天科工集團三院306 所申報的《某熱結構復合材料及應用》項目榮獲國防技術發明一等獎。

至此，一個“昨夜獨上高樓、埋頭攻堅十余載；再回首，已是敢為人先、勇立潮頭競風流”的熱結構材料專業開始走進了大眾視線。

“祖國的需要，就是我們選擇的方向”

進入21 世紀，“9.11”、全球金融危機等“黑天鵝”“灰犀牛”事件，推動著國際局勢暗流涌動，加速了未來世界軍事戰場從傳統空間向新型領域不斷拓展的步伐，空天飛行器的發展與應用猶如一把“出其不意、攻其不備”的出鞘“利劍”，將從根本上改變傳統的戰爭時空觀念，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”的護國強軍“利劍”，就要解決讓“利劍”出鞘時，既可以飛的更快、更高、更強，卻同時又不被自身產生的高溫烈火灼傷，這個難點是把“利劍”從藍圖變為現實的關鍵點，也是剛成立五周年的306所，敢于“著眼前沿戰略布局”的敏感點。

立身于“強軍首責”沃土中的306 所，是一家致力于航天特種材料技術研發的研究所，它深知大國重器的基礎是材料，不僅要能鑄造“利劍”軀體的“外衣”，還要能鑄造“利劍”關鍵部位的“核芯衣”；它也明知這款未經問世的熱結構材料，在國際國內都尚屬“專業發展零起步、前途未卜多堪憂”。

“祖國的需要，就是我們選擇的方向”，時任306 所副所長，如今也是集團新材料領域首席專家的裴雨辰，得知國家有需求的時候態度堅定地說。

至此，306 所開啟了一段守護“利劍”心臟，讓超高溫熱流快速穿過“利劍心房”，卻能安然無恙的熱結構材料研發攻堅戰。

篳路藍縷啟山林 風洞試驗煉“真金”

草創之際，困難與壓力不只來源于缺少設備、人員、技術等這些“自身條件”，還來源于國內外其他團隊的“同臺競技”，而技術指標和技術需求全國統一，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度，起步晚我們可以多想想怎么奮力追趕”，當初做研究的博士生，如今已伴隨著專業成長為副所長的孫同臣，再談當年的初創困境，依然口吻堅定、眼神堅毅。

謀定而快動，為了搶占發展先機，“招兵買馬、搭建設備、性能研究、工藝攻關，我們當時幾乎同時并行”，組長王濤臨危受命后帶著組員李曉東，向著一代熱結構材料發征途“踽踽前行”。

材料研究的最大特點就是在材料配方的反復調配、工藝參數的反復摸索中找到最優、不斷迭代。而這，需要一定的基礎資料和大量的實驗驗證做支撐。

對于一個在國際國內尚屬于前沿階段的新專業，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驗中。

“前期實驗失敗的次數太多，我們對研究方向也產生了懷疑，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“了解熱結構材料的來龍去脈”，到無數次構想“前沿應用層面的熱結構材料應該具備的性能”，再到設計的一張張實驗階段的材料配方，在“高溫裂解爐里翻云滾燙”。

幾百個日日夜夜的“再多試一次”，近百種材料配方在科研團隊的設想中誕生、在實驗中涅槃、在涅槃中重生。

經歷多次一代材料的循環迭代后，材料的耐高溫等級有了明顯的提升。在一個萬物復蘇的春天，306 所研制的二代熱結構材料，迎來了它的“人生大考”——地面風洞模擬試驗。

風洞試驗的監控視頻里，材料平板像“真金”一樣，被放進模擬利劍關鍵部位的“典型極端環境”里，將經受烈火焚燒的考驗。

點火按鈕啟動，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”。“那一刻，雖然還沒離開試驗現場，但我們都心花怒放了，因為‘火石’越小，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 所研制的熱結構材料性能達到了技術指標”。

“千淘萬漉”定工藝 材料性能始如終

材料性能達到技術指標，說明306 所的熱結構材料研究，實現了“從零到一”的重大突破，具備了十分重要的科研價值，而材料研究的最終目的，是為了實現工程應用，生產出飛行試驗構件，是材料研究從科研價值轉向工程價值的關鍵一步，與材料研發問世同等重要。

如果說材料的研發沒有成功的經驗可以借鑒，完全是靠在無數次的嘗試中完成從量到質的蛻變，那么從材料到構件研制，同樣沒有任何可以學習參考的經驗，而這又是一個遠比我們想象中更為復雜、更為曲折的攻堅過程。

做一個風洞試驗中需要的小塊材料平板，和做一個飛行試驗中需要的大塊復雜異型構件，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，進而影響材料性能的穩定。

“眼前這塊黑、硬、輕的熱結構材料，其實是一種隨著環境變化，材料性能也會隨之變化的‘花心大蘿卜’”，科研人員劉偉介紹說，“從材料到構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？這既是能否將構件研制成型的技術難點，也是同行業競爭中淘汰率最高的關鍵一步”。

從材料平板到異形構件，需要經歷“高溫預處理、界面層制備、熱應力釋放、陶瓷基體制備、內部質量檢測”等五大步，長達五到六個月的研制周期，如果其中任何一步出現問題都意味著前功盡棄，都將導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”的科研攻堅階段，時間就是生命，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定、嚴絲合縫的工藝方案，科研人員群策群力決定“拿空間換時間”：即在同一周期內、設計不同的研制方案、最后對比選出最優方案。

琢之磨之“玉汝成”“一飛沖天”揚美名

在經過“繁瑣與大量”的實驗戰中“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，也只是確保一個毛坯構件的合格誕生，決定它能不能從研制到應用的另一大考驗，是如何在大國工匠們的精雕細琢、刀劈斧鑿后保持精確成型？

機械加工的天花板在于對構件精度的高標準、嚴要求。不同型號的構件，哪怕存在毫厘之間的精度差異，在實現的過程中可能就會出現不同量級的難度系數，這需要大國工匠們必須具備“利劍心臟內耍大刀”“方寸之間定乾坤”的精湛技藝，同樣還需要結合材料特點、機加時機、刀具選擇、加工方式，再經一番“千挑萬選”“屢驗屢試”后，形成“對構件損傷度最低、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，保證了從材料到構件的華麗蛻變。

幾年后的一個秋天，沙翻大漠黃的某試驗場地傳來喜訊，搭載著306 所熱結構材料構件的某飛行器，首飛試驗取得了圓滿成功。這一喜訊傳遞著306 所熱結構材料憑借硬核實力獲得了國家和上級機關的認可，再次實現了從工程價值到應用價值的進階跨越，一舉奠定國際國內行業領先地位。

要想順利實現應用，還需要克服“質量零缺陷、控制成本、按時交付”等一系列嚴格苛刻的要求。

“裝備生產是一個非常龐雜的系統工程，任何一個構件出現問題都會對整體起到牽一發而動全身的嚴重影響，306 所承接交付的應用構件，必須做到質量零缺陷。”現任306 所所長的柳曉輝對構件質量提出了“穩定可靠”“精益求精”“打造精品”的嚴格要求。

到了構件應用階段，質量零缺陷就不僅僅要求材料研發、構件工藝的質量零缺陷，它需要的是306所各個相關部門協同配合、合力攻堅，步步工作零缺陷才能達到交付產品零缺陷。

至此，306 所熱結構材料專業，完成了從科研價值、工程價值、到應用價值一系列的“角色轉變”。

成績斐然十余年 為國鑄劍護人民

從十多年前開辟專業零起步、刻苦攻關攀高峰，到近日獲得國防技術發明獎，306 所熱結構材料專業已走過十余年。

這是一直在成長的十余年。

這十余年，專業研究取得了從“從一代到三代、一代更比一代強”的輝煌戰績，熱結構材料的耐溫等級在多輪迭代中持續高升，為空天飛行器動力應用釋放了巨大空間；相關技術在多個型號的的不同部位得到了工程應用，研發應用水平一躍達到了國際國內“遙遙領先”。

這十余年，專業攻堅不僅局限于復材優勢、還敢于挑戰舒適區，克服了原材領域短板、追溯復材上游、深挖基礎材料源頭，和中科院化學所進行聯合攻關，研究開發了多種陶瓷前驅體新材料，為熱結構材料專業“再添新丁”作出了重大貢獻。

這十余年，該專業獲授權發明專利已達40 余項，且承擔國家自然科學基金、國防基礎科研、國防前沿創新、集團自主創新等一大批重大項目,先后榮獲國防技術發明獎、中國發明專利獎、集團公司技術發明獎等多個重大獎項。

“十余年里從一個只有4名技術人員、從零開辟的專業，到如今成長為一個具備“基礎研究、應用研究、工程應用”的成熟鏈條的專業，為“守護和平、鑄劍強軍”作出應有貢獻，306 所創造了一個熱結構材料專業發展的奇跡！”當初為國家在該領域空白而擔憂的某領導，看到現如今專業的發展，不禁發出了欣慰的認可！

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

望今朝、憶當年，爾等埋頭攻堅十余載，為保“利劍”出鞘平安；“利劍”出鞘，為護你我歲月靜好。