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  • 杜祥琬院士:创新工程技术支撑科学发展

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2020-04-12

    作者:中国工程院副院长、中国工程院院士,杜湘湾资料来源:科学时报发布日期:2009年

    杜湘湾院士:创新工程技术支持科学发展

    编者按

    新年钟声敲响,中国已经度过了2008非同寻常的一年。中国的科技事业在攀登世界科学前沿和满足国家重大战略需要方面也迈出了更加坚实的步伐。

    自2007年以来,本报一直试图邀请数学、科学、化学、科学、地球、生物和工程科学技术领域的专家和学者对本学科今年的进展进行总结。 目的是帮助所有读者理清世界科技的发展,总结其内在规律,并给出趋势判断和评价。

    这是一项困难但有意义的工作 2007年,欧阳中灿院士等发表了精彩的物理学评论,高松院士发表了化学评论,裴钢院士发表了生命科学评论,孙红烈院士和李文华院士发表了地理学评论,杜湘湾院士发表了精彩的工程科学技术学科特点和发展趋势评论,受到科技界读者的热烈欢迎。

    在去年的基础上,我们再次发出邀请,希望专家们能够对2008年的科技进步进行更全面的回顾和总结,以展示中国主流科技界对各个学科发展趋势的判断和把握。 今天我们发表了第一篇文章

    2008年底,世界金融海啸和经济寒潮成为人们关注的焦点。 回顾这非凡的一年,中国人也在积极应对经济形势带来的困难和挑战。 我国经济发展中存在的问题既有外部冲击,也有多年来我国经济取得巨大进步时积累的深层次矛盾。 我们面临的不仅是挑战,也是机遇。这也是转变发展方式、调整产业结构、升级改造企业的契机。 粗放型发展模式必须逐步转变为创新驱动型发展模式,科学发展观必须真正落实。 工程技术直接创造生产力。工程技术创新是实体经济的核心力量。工程技术对改变发展模式负有主要责任。 广大工程和科学工作者都意识到自己的历史使命,并在过去一年中在不同领域做出了突出的创新努力。通过扎实的工作,他们逐步走向建设创新型国家的伟大目标。 以下只是几个例子。

    信息技术引领创新

    近年来,随着龙芯、星光中国核心、新藏等“中国核心”的出现,中国国内芯片从无到有取得突破,逐步推向国际市场,实现了由弱到强的历史性跨越。 2008年值得一读的是,5年前启动的中国下一代互联网示范项目(CNGI)已经建成了一个IPV6示范网络,包括6个核心网络、22个城市和273个居民网络,远远超过了项目设计。 依托CNGI,中国得以开展基于下一代互联网的各种应用研究,为中国参与下一代互联网产业的全球竞争奠定基础。

    下一代宽带无线通信关键技术突破 移动通信是最大的无线通信产业 中国在发展以第四代移动通信相关无线技术和信号处理技术为代表的移动通信技术方面取得了实质性进展,符合国际电联的期望,并已进入国际先进行列。 在五项关键技术上取得突破:协作分布式无线网络和高级协议、宽带多载波传输和多址技术、充分利用空之间资源的多输入多输出无线传输技术、信道编译技术和近似信道容量的迭代接收技术、新天线和射频技术

    中国科技人员通过技术创新,在我国制造了第一个8英寸键合SOI晶片,实现了SOI晶片制备技术的重大突破,具有广阔的市场前景 专家认为,这一突破为大规模键合SOI晶片的产业化奠定了坚实的基础。

    在超级计算机的发展中,世界500强高性能计算机官方网站发布了最新的名单。 曙光5000A是中国曙光公司开发生产的百万次高性能计算机,将部署在上海超级计算中心,再次以230万亿次的峰值速度跻身世界十大超级计算机之列。 这一成就不仅代表着中国将拥有除美国以外最快的计算机(美国已经开发出一台每秒1000万亿次的超级计算机),而且上海超级计算中心将成为世界上最大的通用高性能计算平台之一。 曙光5000A作为面向国民经济建设和社会发展的网格超级服务器,可以完成各种大型科学工程计算、商业计算等。

    在量子通信研究领域,中国科技大学合肥微型材料科学国家实验室继续领先 利用冷原子量子存储技术,他们在世界上首次实现了具有存储和读出功能的纠缠交换,并在由300米光纤连接的两个冷原子系综之间建立了量子纠缠。 冷原子系综之间的量子纠缠可以被读出并转换成光子纠缠,用于进一步传输和量子操作。 实验结果很好地实现了长距离量子通信急需的量子中继器,为未来广域量子通信网络的最终实现迈出了坚实的一步。 2008年8月28日出版的《自然》杂志发表了这项重要的研究成果,并称赞这项工作为“消除了量子通信的一大绊脚石”

    中国第一颗中继卫星天空1-01在西昌卫星发射中心成功发射 中继卫星被称为“卫星中的卫星”(satellites of satellites),可以为卫星、航天器等航天器提供数据中继和测控服务,大大提高各种卫星的使用效率和应急响应能力,使资源卫星、环境卫星等卫星的数据能够实时传输,为应对重大自然灾害赢得更多预警时间。

    信息技术的普及和应用意义重大 中国手机的普及程度(人均)已经达到世界平均水平,电脑和互联网的普及程度也大大提高了。 信息化带动了各种设备和企业的技术进步和升级。 信息技术使北京奥运会能够在任何地点、任何时间获得个性化的信息服务。中国自主研发的时分同步码分多址、IPV6实时观测网络系统和高清电视等创新技术得到了广泛应用。 信息技术的迅速进步和普及极大地改变了社会生产方式、人们的工作和生活方式,甚至深刻地改变了人们的思维方式。 在带来巨大社会和经济进步的同时,也带来了一系列新的挑战。 过去20年里全能的信息技术让人们想知道未来20年会发生什么。

    努力突破发展瓶颈

    能源与环境是中国可持续发展的重要瓶颈 为了能源和环境,2008年在高效清洁利用煤炭和开发绿色新能源方面取得了新进展。

    克服超超临界机组的关键技术 2008年7月,上海市科委重大科技研究项目“电站设备专用材料的研发”通过专家验收,标志着上海超超临界机组关键材料技术研究的重大突破,为降低成本、推广应用铺平了技术道路。 根据中国火力发电机组去年的平均煤耗,如果中国目前普遍使用的亚临界机组全部被超超临界机组取代,每千瓦发电可节约70多克煤。

    洁净煤锅炉技术的新突破 东方锅炉开发、设计和制造的首台300兆瓦无外热交换器燃劣质煤循环流化床3号机组锅炉,已在广东河湖源电厂成功通过168小时满负荷运行。该锅炉各项技术指标达到当今世界先进水平,标志着我国大型电站锅炉燃用洁净煤技术的新突破。

    大型循环流化床锅炉(简称CFB锅炉)是目前世界公认的高效低污染火力发电设备。与普通煤粉锅炉相比,具有燃用烟煤、褐煤、无烟煤、煤矸石、油页岩、煤泥等劣质煤、负荷调节范围大、调节性能好、长期脱硫效率在90%以上等优点,符合国家大力发展低消耗高效洁净煤燃烧技术的环保技术政策

    我国安全采煤技术的重大突破 2008年3月,“Y”型无煤柱通风瓦斯共采快速留巷研究课题通过了行业鉴定 本课题采用“Y”型通风卸压开采,沿空留巷无煤柱,解决深井高瓦斯、低渗透、高地应力等复杂地质条件矿区的煤与瓦斯共采技术问题。 创造了深井复杂地质条件下沿空保留巷道每月36万吨综采生产记录,矿区瓦斯抽采率达到70%以上 研究成果对沿空留巷“Y”型通风煤与瓦斯共采关键技术所涉及的理论、技术、材料、设备和工艺系统进行了整合和创新。初步实施取得了显着的经济、社会和环境效益,达到国际领先水平。

    核能是一种绿色能源。中国核电发展加快,核电设备制造技术水平进一步提高 2008年8月1日,中国第一重型机械集团公司在北京与中国核工业集团公司签署了4兆瓦核反应堆压力容器和9个蒸发器锻件的供货协议。 核反应堆压力容器属于核电站的关键核心设备。它们是具有核安全一级要求和质量保证一级要求的产品。它们是核电厂设备中不可替换的部件,具有极高的技术含量和制造要求。 世界上只有少数几个国家掌握了这种设备的制造技术。

    核电站模拟器打破外国技术垄断 2008年7月,核电集团在秦山第三核电公司全范围模拟器升级改造验收仪式上宣布:实际应用和专家验收表明,中国拥有完全自主知识产权的核电仿真技术平台,首次承担了全尺寸数控和大型核电厂模拟器的设备生产。 这意味着我国已经从根本上摆脱了对国外核电仿真技术和产品的依赖。

    2008年,中国开始建设一座大型核电站福清核电站 该电站将建造六个压水堆机组,每个机组的装机容量为100万千瓦,分三个阶段完成。

    高温气冷堆核电站开始建设 2008年10月,国家重大科技项目华能山东石岛湾核电站高温气冷堆核电站示范工程挂牌上市 这意味着中国在建设具有自主知识产权的新一代核反应堆项目方面取得了积极进展。 高温气冷堆(HTGR)是一种新型核反应堆,具有国际公认的先进技术特征。 模块化高温气冷堆核电站具有固有安全性、发电效率高、用途广泛等特点。它受到了世界的广泛关注。它也是一种新型核反应堆,具有第四代核电系统的主要特点。

    在受控热核聚变的初步研究中,中国科学院等离子体研究所成功进行了第一个国际热核聚变实验堆ITER高温超导电流引线系统试验,创下世界最高纪录。 该系统的成功开发将有助于解决聚变堆中巨型超导磁体制冷的节能问题。

    可再生能源受到了更多的关注。 风能发展势头强劲,2008年装机容量估计为1000万千瓦。 风力发电机的国产化水平有所提高,但风力发电制造企业数量急剧增加的情况必须得到适当的限制和引导。 近年来,太阳能电池的产量保持了快速增长。2007年,中国太阳能电池产量达到1088兆瓦,占世界总产量的27.2%,成为世界最大的生产国。 截至2008年11月,全国已有11家企业相继从事多晶硅生产,生产规模达到1241万吨/年。 然而,太阳能电池产业正面临着世界经济的寒流,这将促进该产业的转型升级。 中国工程院完成了为期两年的中国可再生能源发展战略研究。它明确界定了未来几十年中国可再生能源渐进变化的战略方向。指出现阶段创新研究需要有序发展、政策支持和基础创新研究支持。

    2008年北京奥运会的成功举办是中国和世界的一件大事,“高科技奥运”和“绿色奥运”是北京奥运会的亮点之一。 太阳能等绿色能源占场馆用电量的26%;清洁汽车被大规模采用,近500辆新能源汽车在核心区域实现了“零排放”,在周边区域实现了“低排放”。奥运场馆观众水回收率达到100%,公园水回收率达到80%,奥运场馆高效净化系统水质通过120项测试,达到世界标准。 节点照明、体育场和景观照明,大量半导体照明L81自主开发生产,节能效果达到60% ~ 70%;城市智能交通覆盖率达到80%以上。北京奥运会采取的许多措施让世界看到了北京的蓝天。 更重要的是,这一切提高了人们对建设资源节约型和环境友好型社会的认识和期望,有利于为突破能源和环境瓶颈达成更多共识。

    从“制造业”到“创意产业”

    我国有一个大规模的制造业。我们需要做的是通过产学研结合,增强自主研发能力,提高设计和制造水平,进行更多的创新和创造。

    中国自主研制ARJ21-700支线飞机首飞。2008年11月,中国首架自主研制、拥有完全自主知识产权的新型涡扇支线客机ARJ21-700首飞成功。我国在50多年民机发展过程中有了一个自行研制、完全具有自主知识产权、具有很强国际竞争力的产品。ARJ21飞机攻克了自动钻铆、壁板喷丸等一系列的技术难关,在数字化制造和复合材料应用方面取得了一定的成果,为大飞机研制积累了经验。

    我国大飞机项目启动技术方案论证。2008年7月,随着大飞机公司——中国商用飞机公司的正式组建,大飞机研制工作正陆续展开。大飞机是指起飞重量超过100吨的运输类飞机,它包括军用和民用飞机。大飞机项目是科技和制造产业领域的高精尖项目,它对一个国家的经济、科技、军事和制造业水平有相当高的要求。对大飞机项目,国人寄予厚望。这不仅在于航空市场上的民用干线飞机的国产化拉动国民经济增长,增加就业机会;更在于制造出我们自己的空中堡垒,加强远程作战能力。

    铝电解生产节能减排技术获重大突破。“新型阴极结构高效节能铝电解槽试验与研制”以及与此相配套的“铝电解槽火焰——铝液二段焙烧新技术”两个项目的研究成果,通过了中国有色金属工业协会组织的鉴定。考核表明,3台试验槽在4个月的运行期间,氟化物减排2吨多、二氧化碳减排580多吨、二氧化硫减排0.23吨,成为国内外首创,整体技术达到国际领先水平。与此技术相配套的铝电解槽火焰——铝液二段焙烧新技术也获得试验成功,并顺利通过专家鉴定。该技术集中了铝液和火焰焙烧的优点,不仅提高了电解槽的焙烧质量,而且大大缩短了焙烧时间,降低了能耗和焙烧费用,节能效果显着。同时,二氧化碳减排50%以上。

    我国自主研发的水下机器人首次亮相北极科考。北极ARV是中国自主研发的首个自主与遥控混合作业模式水下机器人,它将携带多种测量设备,在此次北极科考中开展海洋环境监测活动。这是中国自主研发的智能型水下机器人首次亮相北极科考。北极ARV是中国研制出的首个采用自主与遥控混合作业模式的水下监测系统。它不仅可以在研究人员遥控下作业,也可以通过预编程方式自主作业。北极ARV自带能源,可通过微光缆与水面支持系统相连接。由于采用了鱼雷体和框架体相结合的流线式外形,它不仅可以发挥框架体遥控水下机器人的优势,在海中悬停并进行定点精确观测;也可以发挥鱼雷体自主水下机器人的特长,灵活方便地在一定范围水域里进行测量,获取更为全面的实时观测数据。

    高功率脉冲电源技术取得新突破。2008年7月,中国科学院电工所研制成功的“50kW/40kHZ高压稳压电源/稳压器”,代表着国内高频大功率开关电源的先进技术水平。200kW开关电源的研究,标志着我国的高功率脉冲电源技术翻开了历史性的一页。新型的大功率开关电源(平均功率200kW)具有体积小、重量轻、效率高、稳压范围宽等优势,而且具有先进的自动控制技术。主要作为高功率脉冲电源的初级电源和大型军用设备的电源系统,也可以应用于大电流快速充放电系统和电子、通信、航天、医疗等领域。

    我国激光冲击强化技术实现重大突破。2008年11月,中国第一条激光冲击强化生产线在西安阎良国家航空高技术产业基地建成。这标志着中国激光冲击强化技术向工程化应用迈出了重要一步,使中国成为继美国之后世界上第二个可实现该项技术工业化应用的国家。激光冲击强化技术是利用强激光束产生的等离子冲击波,提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术。它与现有的冷挤压、喷丸等金属材料表面强化手段相比,具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显着等突出优点。

    中国创造正在迈步前行。

    探索宏观和微观世界的有力支撑

    探索宏观和微观世界的未知一直是前沿科学领域的两大方向。工程技术提供的研究平台、工具和探测手段有力地支撑着这个无尽而诱人的探索。

    “神七”载人航天及航天员出舱是中国宇航史的标志性事件。2008年9月27日16时41分00秒,航天员翟志刚身穿中国研制的“飞天”舱外航天服,从神舟七号载人飞船进入太空。这是中国空间技术发展的一个重大跨越。中国成为继美、俄之后世界上第三个实现太空行走的国家。这是中国载人航天取得的又一重大突破和中国人民攀登世界科技高峰的又一伟大壮举。2008年9月28日傍晚,神舟七号飞船返回舱载着翟志刚、刘伯明、景海鹏3位航天员在内蒙古草原稳稳落地。

    我国光学天文望远镜技术取得国际领先成果。2008年10月,完全由我国自主发明的新型大视场望远镜——大天区面积光纤光谱天文望远镜(LAMOST)在位于河北省兴隆县的国家天文台兴隆观测基地落成,被誉为伸向太空的“千里眼”。在技术上,LAMOST在其反射施密特改正镜上同时采用了薄镜面主动光学和拼接镜面主动光学技术,突破了世界上光学望远镜大视场不能同时兼备大口径的瓶颈,使我国主动光学技术处于国际领先地位。它采用的并行可控式光纤定位技术解决了同时精确定位4000个观测目标的难题,是一项国际领先的技术创新。

    在微观世界的探索方面,我国科学家参与工作的大型强子对撞机(LHC)在日内瓦建成并开始实验运行,这可以说是为小小基本粒子研究建立的巨无霸科学工程装置。在国内,北京正负电子对撞机重大改造工程建设任务圆满完成。2008年7月22日,北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)取得重要进展——加速器与北京谱仪联合调试对撞成功,并观察到了正负电子对撞产生的物理事例。这标志着BEPCⅡ已圆满完成了建设任务。改造后的BEPCⅡ将在世界同类型装置中继续保持领先地位,成为国际上最先进的双环对撞机之一。BEPCⅡ工程建设大量采用了国际先进的高技术,其中超导磁铁和低温系统研制更是实现了关键性的技术突破。用户急需的硬X光强度将提高一个数量级以上,将进一步发挥对社会开放的大科学平台的作用。

    兰州重离子加速器冷却储存环(HIRFL-CSR)通过验收。中科院近代物理研究所承建的国家重大科学工程——兰州重离子加速器冷却储存环2008年7月30日通过国家验收。验收委员会专家认为,中科院近代物理研究所攻克了一系列技术难关,在诸多技术方面实现了创新和突破,在世界上首次研制成功空心电子束冷却装置,实现了空心电子束对重离子束的冷却,从而大幅度提高了束流累积效率和重离子束的能量、流强及品质,使一些极端条件下的高精度测量成为可能,成功产生放射性次级束,并注入实验环进行质量测量实验,达到了10-5的质量分辨率。它将成为放射性核束和超重原子核研究的重要装置。

    战胜天灾的成就和启示

    值得大书一笔的是,2008年中国人民为战胜罕见的自然灾害作出卓越努力。年初南方的冰雪灾害和汶川大地震,牵动了全国人民乃至国际友人的心。在这场战胜灾害和灾后重建中,国家领导、人民群众、解放军和科技工作者共同谱写了可歌可泣的感人诗篇,取得了举世惊叹的成就。电力、交通、信息、水利、医疗、土建、农业、环境……各领域的科技工作者战胜了难以想像的困难,多行业协同作战,为减灾和重建立下汗马功劳。例如,在唐家山堰塞湖抢险中,遥感遥测技术、地质监测机器人、最新溃坝模型以及先进的爆破技术等构建了抢险高科技体系。在医疗救治、防疫、次生灾害避险、心理干预等方面,许多先进的诊疗设备和应急处理手段首次应用。灾后重建选址方面动员了国内众多地质专家、生态专家和建筑专家,制定科学的规划。2008年的抗灾斗争,也给了我们深刻的启示:1.更加深刻地认识了我们的国情。我国是多灾害的国家,天然环境条件多难而脆弱,民族振兴之路不平坦,要有坚韧不拔、克服更大困难的精神准备;2.灾害的预报和预防是一个重大课题,需要基础科学和技术科学者共同努力、集智攻关;3.我国的许多基础设施还比较脆弱,许多工程技术需要更适合国情的标准,项目建设的质量必须提高,监管体系需要完善;4.灾后重建是一个复杂的系统工程,要以科学发展观统领,作好规划论证,科学地组织实施。

    创新工程技术任重道远

    上述挂一漏万的回顾,远不能穷尽2008年工程技术各领域的巨大成就。同时,这一年的实践也使我们对问题和使命有了更深入的思考。抬望眼,工程科技的创新发展确实任重而道远。

    1.在走向现代化的征途上,中国还处于初级阶段。我国的工程技术也具有这个初级阶段的特征。一方面,我国工程科技处在历史上最好的发展机遇期,自主创新的意识大大增强,出现了一批创新的成果,并推进了其应用和市场化;另一方面,工程科技的规模大、项目多,但总体水平偏低、原始创新偏少、核心竞争力不强。近年来,我国科技论文和专利的数量明显增加,这无疑是一个进步,但论文和专利的经济、社会效益却与其数量不相称。离“创新型国家”的要求还有相当的差距,我们需要长期努力奋斗,把创新进行到底。

    2.学、研与产的有机结合,基础研究—工程技术—企业市场的有机结合仍有待加强。我国已出现了一些把研发创新和占领市场结合得很好的科技型企业。以星光中国芯工程为例,从多媒体芯片到视频监控,选择有价值的前沿技术强化研发,以核心优势攻占市场。10年来,突破八大核心技术,申请1500多项国内外专利,“星光”系列和“星光移动”系列全球销量分别突破1亿枚,可称学、研、产结合的典型。但我国仍有许多研究成果与企业挂不上钩,不能及时转化为生产力,有的企业只要“立竿见影”的急功近利的技术,不肯为中试付出,更说不上“风险投资”的眼光。这里既有观念上的原因,也有体制、机制上的原因。前面提到的,对风能和光伏发电需要进行有序发展、科学发展的引导,就包括解决好基础研究—工程技术—企业市场有机结合的问题,只有这样,才能使这个前景光明的领域,在自主创新的坚实基础上健康发展。

    3.工程技术是硬碰硬的事,来不得半点虚假和浮夸,建设创新型国家,必须高度重视科技队伍的科学道德与学风建设。在学习、实践科学发展观的座谈会上,许多资深专家强调,教育首先要培养诚信人才。在一批杰出人才成长的同时,“社会上的不正之风也相当深地影响到一些中青年科技人员,弄虚作假者不少”。在各种评估、评审和评奖的过程中,所谓的“包装”、“运作”,已不仅挂在口头上,而且落在行动中,并时常奏效,使之成了有传染力的瘟疫。科技领域必须坚持实事求是、诚信第一,科技群体要成为不正之风的过滤器。为此,既要加强自律和教育,也须改进评价机制和管理体制。工程技术是实体经济的核心、是国家富强的支柱,在这个核心和支柱里是不允许掺豆腐渣的。

    展望新的一年和更远的未来,在充分意识到可能的风险和忧患的同时,我们有足够的理由对未来充满信心。中国的工程科技必将取得更加丰硕的创新成果,为国家和人类的文明进步作出应有的贡献!

    《科学时报》 (2009-1-9 A1 要闻)

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