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丁伟胜:航天与新材料

2012-12-19 12:51:42 来源: 网易军事 举报
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丁伟胜:尊敬的各位领导,各位专家,我们按照会议的安排进入这次论坛的第四个分论坛:航天科技与新材料论坛。我是来自中国航天科技集团公司材料与工艺研究所的丁伟胜。

我们想通过这个论坛把多年来对航天发展给予支持的全国各行各业材料专家汇集在一起,就材料领域的最新动态进行交流。这次论坛的步骤是这样的:先由四个单位的主讲嘉宾分别就航天与新材料、光学功能膜材料、航天技术转化应用发展以及发展海洋材料服务航天业四个专题进行主题发言;随后在四个主题发言的基础上再请大连两个在材料界很有影响的企业加入讨论,分别就民用技术如何服务航天事业和航天技术如何产业化两个主题进行讨论。

现在进入嘉宾讲演部分。我在这里代表航天材料与工艺研究所向各位领导专家进行汇报。我发言的主题是“航天与新材料”,有不妥之处还请各位专家批评指正。

所谓新材料,是一个相对于传统材料的概念。新材料主要有传统材料革新和创新型材料两大类构成。航天技术是亦军亦民、军民结合的综合性高技术系统,不仅对国民经济和其他相关产业具有牵引和辐射作用,同时对保证国家安全和振奋国威有重要作用,是一个国家综合实力的象征。各种先进的运载火箭、导弹、卫星、飞船、航天飞机等航天飞行器的成功研制和投入使用,高性能材料起着关键作用。航空航天飞行器的性能的提高,2/3取决于材料。

目前,航天的首要任务是富国强军,航天材料主要是为如下六类领域服务:导弹武器、运载火箭型号、载人航天工程、应用卫星及卫星应用、探月工程和航天技术应用产业。

在今天上午的开幕式上有专家曾提到,我国近年来开发使用的1100多种新材料中,80%是在航天技术的牵引下完成的。这一方面是说明航天技术的难度,基本上是集国家各行业能力应用到航天上;另一方面,也明显看出,航天这个领域极其特殊,是在国外最高级别的封锁下发展起来的。因此,在很多时候大家都表扬航天的自主创新精神。但是,应该说这种创新精神是被国家任务逼出来的,是被我们的竞争对手、战略对手逼出来的,同时也是集全国之力支持出来的,所以我们也非常想借这个机会对大家表示感谢。

未来20年,载人航天、探月与深空探测、高超速飞行器、重复使用运载器、空间机动飞行器等航天科技发展与航天工程实施对材料提出了全新的、更加苛刻的要求,为航天新材料的发展提供了新的契机和动力,材料领域将在科学认识提升、材料体系创新、关键原材料自主保障以及工程应用等方面取得重大突破。

未来20年航天的总目标依然是要富国强军,但更重要的是强军。目前我们已经针对一些重大工程开始了新一轮的航天材料研制工作。

我们最初的航天事业起步是在国家刚刚成立的时候,是在苏联的支持下开始的。在“两弹一星”的年代里,我们从基础工艺到材料完全是空白,在基础工业体系完全不具备的情况下,按照苏联模式开始建立我们的工业体系。我们从基础材料做起,并且在此基础上发展了东风1号和东风2号导弹,为我国发展运载火箭奠定了坚实的基础。

我国近20年实施的载人航天工程是航天继“两弹一星”之后的新发展。党的十八大报告中提到的几项重大成就有两项是我们航天的:一项是载人航天,另一项是探月工程。我们的研究所是跟中国航天同时起步的。我们的第一任所长是国家“两弹一星”元勋姚桐斌,在当时国家完全没有材料体系的情况下,他是负责我们国家材料研发的总监。几十年来,我们的航天材料研究组承担了导弹、运载火箭、卫星、飞船等领域的重大国家课题研究攻关,形成了科研生产一体化的体系。我们获得了国家科技进步特等奖2项、全国科学大会奖33项、国家级奖励13项、部级科技进步奖379项。在“十一五”期间实施了多项国防和国家863项目,目前正在实施“十二五”规划。

现在研究所有3个国家级实验室,即先进功能复合材料技术重点实验室、树脂基复合材料结构制造技术研究应用中心和碳纤维复合材料国家工程实验室;有4个航天工艺技术中心,即航天无损检测工艺技术中心、航天特种焊接工艺技术中心、航天复合材料构件加工工艺技术中心和航天表面工程工艺技术中心;还有一个航天检测与失效分析中心。航天是一门实践科学,它在科学攻关中必然会有科学认识问题,其中包括工业实践问题,这就需要对所有的产品、元器件事故进行故障分析。我们现在已经在相当多的领域达到了国际先进水平。例如,航天载人舱会有电离层屏障期,在此期间是否安全在很大程度上取决于我们的材料是否能够保证其安全。在下一个轮回的国家战略过程中,我们要在更高温度、更大强度的特殊性能下研究和突破这些障碍,使我们的国防和航天继续得到发展。

刚才简单介绍了航天科技和材料的一些关系,主要是航天的应用,可以说国家的需要拉动了我们的研究。所以航天有两个方面:一个方面是应用性研究,另一个方面是基础性研究。下面我谈一下对航天材料的几点认识。

第一,航天材料科学是材料科学中最富有开拓性的一个重要分支。这取决于以下几个方面:(1)高强度、高刚度和低密度是航天新材料永远努力追求的重要指标。因为材料越轻载荷越大,威力越大抗损伤就越强,所以在这方面我们在极限中找极限,几十克、几十克来减重量。我们最终的结构重量减得越小整个体系能力就越强。(2)航天新材料的研制不是一个孤立的材料问题,而是复杂的系统工程,包括对工业基础研究,包括应用研究,包括集成应用。在这方面我们有很深刻的教训。很多东西因为国内没有,我们必须要从基础理论与研究到基础材料统一建设,然后再形成集成应用体系,其中包括今天正在兴建的一些我国国内专业没覆盖、技术还是空白的领域。不断建立新的领域。从全国的碳纤维应用起步,到现在的特种陶瓷,各种高端复合材料都是国家的应用需求拉动起来的。(3)航天新材料具有显著的多学科交叉和跨领域特点。一种新型航天材料只有在以下三个方面都已经发展到成熟阶段,才有可能应用于飞行器上:材料科学理论的新发现;材料加工工艺的进展;材料性能测试与无损检测技术的进步。我们以碳纤维应用为例,我们不是现在国内最大的碳纤维生产单位,但是我们是国家应用单位,同时也在这个基础上迅速推向其他方面。

第二,航天新材料是新材料体系技术持续创新发展的催化器和主力军。航天是引领、带动新材料新工艺发展的主要领域,也是当前军民结合领域发展水平较高、融合程度较深的重要行业。航天新材料是一类非常特殊的材料,它与军事应用密切相关。与此同时,航天材料的进步又对现代工业产生了深远的影响。推动航天领域新材料新工艺的发展,能够引领和带动相关技术进步和产业发展,衍生出更为广泛的、军民两用的新材料和新工艺。

第三,航天新材料是新材料体系产业效益化和规模化的孵化器和中坚力量。这是因为:(1)先进新材料应军事装备需求牵引而诞生,随国民经济发展需求拉动而长大。现代复合材料(以20世纪40年代玻璃纤维复合材料为代表)和高性能复合材料(以20世纪60年代碳纤维复合材料为代表)首先是为发展高性能武器装备和航天航空而诞生而发展的,随之逐步推广到工业等国民经济领域应用。(2)航天新材料技术转化和产业化空间将十分巨大。伴随着“神舟”飞天,航天产业巨大的经济拉动效应备受瞩目。载人航天的投入对经济的拉动作用是显著的。据多家研究机构测算,载人航天的产出比达1∶10~1∶12。据了解,在知识密集型的航天科技领域,有一大批由诸如神舟飞船等航天技术突破带来的“军转民”而形成的新兴产业正在加速布局。而从产业方面来看,通过突破和掌握航天的一系列关键技术,带动了电子、材料、制造、化工、冶金、纺织多个行业的工艺创新和产业提升,形成了巨大的拉动和辐射效应。据了解,“十二五”期间,我国航天产业战略目标之一就是扩大航天民用规模,其中就包括扩大民用航天新材料产业规模。

第四,航天新材料产业新体系的建立是一个长期、系统性工程。经过几十年的发展,我国航天新材料技术水平大幅提高,支撑了以航天领域为主的国家重大工程装备和高性能武器装备关键部件等的发展,与此同时,材料产业规模大幅扩大,且在国民经济领域应用得到长足的进步。逐步形成了武器装备等航天器发展牵引技术创新,国民经济需求支撑产业进步的格局,初步形成了一套军用推动、民用牵引、寓军于民、军民互动的新材料技术和产业发展机制。这为推动航天新材料科学、技术和产业可持续发展提供良好基础。

但在航天新材料军民两用、军民互通属性的认识与应用等方面还较为欠缺。发挥航天新材料军民两用特性,推进关键原辅材料技术、低成本制造技术、高端应用技术等航天先进材料及其技术在工业领域中的应用将是一个长期的系统性工程。

在此基础上我们结合这次五个论坛,主要谈一谈与战略性新兴产业的关系。我们在国家任务的拉动下形成了这些战略性能力和优势,但是还要靠规模化来实现我们富国的愿望。刚才说过我们的航天是以强军为起点,国家把大量的核心资源、核心技术、核心人才放在我们的单位。我们除了国防之外,确实还要承担富国的责任,所以我也希望在这次论坛之后,与各行各业的专家多多交流,主动地把我们形成的技术迅速释放到经济领域去。

航天材料具有巨大的发展空间。下一步的探月和登月工程、民用行业、国家装备的研制等都将为下一代的材料突破带来新的机遇。应该说总体上我们在材料创新方面跟世界最先进的水平相比还是有相当差距的,但是我们有了这30年快速发展的基础,并且有全国大力协同的优势,相信我们的材料会取得更大的进步。

航天材料体系的建立是一个长期的系统性工程,不但有军转民,更有全国协同的各个行业对航天的支持和应用。长城润滑油就是一个典型的例子,后面的专家还会介绍其他领域对航天领域的支持。最后我想结合“十二五”发展目标对材料板块的定义和新型战略产业跟大家进行交流。

“十二五”发展目标对我们的创新能力、产业结构、保障能力提出了非常具体的要求。“十二五”已经快过了一半,作为航天材料研究所,我们自身也在搞产业化,并且确实想真正达到“十二五”发展目标。以产业结构为例,国家在“十二五”期间要打造10个创新能力强、具有核心竞争力、新材料销售收入超150亿元的综合性龙头企业,这对我们来说是一个机会也是一个挑战。我们航天材料研究中心拥有国家培养的一大批人才。我们经常讨论这个研究所能发展多大的产业规模这个问题。我到研究所之后倒过来提出一个问题,就是去看一看世界上有多大的产业集团能有这么好的研究所。我们这个研究所不但是国家的、航天的,也是国民经济的。我在工作中有一个感受,那就是很多能力不单纯是产品和技术问题,而是综合能力。我们在完成“十二五”产业规划时,也特别希望在国民经济一线的企业和集团,不论是国有的还是民营的,能够充分利用我们的研究所能力,与我们结合好,把我们的科研能力、攻关能力、试验能力通过自身转换和共同转换变成富国的能力,振兴我们国家的材料研究能力。我的发言就到这里,谢谢大家。

曾涛 本文来源:网易军事 责任编辑:王晓易_NE0011
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