编者按
7月26日,全省科技大会暨科技成果转化“三项改革”推进会召开。大会为2023年度陕西省科学技术奖获奖个人和项目代表颁奖。中国工程院院士、中航工业第一飞机设计研究院飞行器设计专家唐长红,中国科学院院士、西安交通大学教授姚熹,中国工程院院士、西北工业大学教授徐德民荣获陕西省最高科学技术奖。
陕西省科学技术奖是我省科技方面的最高层次奖项。其中,陕西省最高科学技术奖旨在表彰在当代科学技术前沿取得重大突破或者在科学技术发展中取得重大成就,在科学技术创新、科学技术成果转化和高新技术产业化中作出突出贡献,为陕西创造巨大经济效益、社会效益、生态环境效益或者对维护国家安全作出巨大贡献的在陕科学家。
今天,让我们一起走近获奖者,了解他们的科研故事,感受他们的科学家精神。
唐长红:创新永不止步
唐长红院士。记者 张梅摄
“飞机是时代进步的产物,代表了国家的综合国力和技术水平。每一个飞机型号的诞生,都是一次技术的跨越和进步,标志着中国综合国力的提升、大型高端装备研制能力的进步,也是中国科研人员自主掌握关键技术的有力证明。”中国工程院院士、中航工业第一飞机设计研究院飞行器设计专家唐长红表示。
中航工业第一飞机设计研究院飞行器设计专家唐长红长期从事飞机气动弹性、结构强度、总体设计工作,先后担任新“飞豹”飞机总设计师、运-20飞机总设计师,为我国航空工业的发展进步作出了重要贡献。
20世纪末,面对复杂多变的国际局势,我国决策研制新装备,新“飞豹”飞机位列其中。“当时,国家给定的研制周期只有常规进度的一半,而飞机的战技性能指标要求之高、技术台阶跨越之大,对研制部门来说前所未有。”唐长红回忆,团队经过反复论证,决定打破常规,率先在设计手段上取得突破,采用国际上最先进的飞机设计软件进行全机三维数字化设计。
2000年9月26日,唐长红和技术团队首次运用最新版的CATIA V5软件,设计出中国国内第一架全机电子样机,在国内第一次实现了飞机研制三维设计和电子预装配,一步跨越到国际水平。
全机三维数字化设计技术使原本计划两年半的飞机设计周期缩短为一年,使工程更改单由常规的六七千张减少到一千余张,大大节省了成本。同时,在新“飞豹”的设计中,唐长红带领团队进行多项创新,不仅开发出功能强大的强度试验实时监控系统,还在国内首次开展了强度自动化平台建设。这些技术在行业内迅速推广,使得我国整个航空工业的设计手段与世界先进水平全面接轨。
大型飞机是国际竞争的重要制高点。伴随着运-20的首飞及列装部队,中国成功跻身“大飞机俱乐部”,成为世界上少数几个能独立自主研制大飞机的国家。运-20的研制被认为是中国航空发展史上的一个奇迹——达到了5年的首飞周期和“30年不落后、50年可用”的研制要求。
“大飞机是新中国几代人的梦想,是航空工业追求了几十年的目标,再难也要做!我们有信心让它在国际舞台起飞,履行好国家赋予的使命!”这是唐长红对国家的庄严承诺。
大飞机研制涉及空气动力学、材料科学、机械制造、通信导航等40个大类200多项技术单元的课题。制造一架大型运输机,是对一个国家基础工业和整体科技水平的“集体考试”。作为我国自主全新研制的大型飞机,型号研制面临技术跨度大、周期紧张、技术积累不足、配套条件欠缺等诸多难题,研制难度和对安全性、可靠性、使用寿命等技术指标的要求相对以往都是几何量级的提升。
型号立项之初,唐长红便提出“面向使用、面向制造、面向市场”的原则,引入适航理念,并带领总师系统着手梳理关键技术路径,明确了要突破包括先进超临界机翼设计、先进电传飞行控制系统研制、数字化生产装配和检测等在内的六大关键技术,以及由此衍生出的几百项技术难关。
2013年1月26日,我国自主研制的大型军用运输机运-20成功首飞。唐长红很喜欢网友给运-20起的名字“胖妞”,但不喜欢别人喊他“胖妞她爸”。因为,在他看来,“胖妞”是成千上万人共同努力的结晶,是一个国家综合实力的体现。
唐长红认为,一个人一生应该做“一件半”事:第一件事,把手头工作干好;还有半件,为长远发展做好铺垫。作为两型飞机的总设计师,唐长红“手头工作”的成绩意义重大。而手头工作之外的事,常常被唐长红划归人生那“半件事”。
面向未来开展科技攻关,为长远发展做好铺垫,正是唐长红忙活的那“半件事”。“未来,中国的航空业更重要的是坚持自主创新,提升科技含量,专注高质量发展,创新永不止步。”唐长红表示。
“运-20的研制成功,仅仅是我们向大飞机迈进的第一步,或者说是我们的一个新起点。我们有信心为国家研制更多更好的飞机。这不单单是一种情怀、一种期待,更是满足国家未来战略需求的需要。”唐长红满怀信心地说。
姚熹:带领中国电介质研究走向世界
姚熹院士。受访者供图
中国科学院院士、西安交通大学教授姚熹有一个随身携带的碧绿色小茶杯。这个毫不起眼的小杯子,是当年交通大学迁校到西安时,他花几毛钱买的。小茶杯,是他扎根西安的纪念。
正是从这里出发,姚熹为祖国科学事业不懈奋斗,成为我国铁电陶瓷学科的主要推动者和领军人,并带领我国电介质研究走向世界前沿,实现了我国在这一领域从“追随者”到“引领者”的跨越——
姚熹提出弛豫铁电体“微畴—宏畴转变”以及“新玻璃模型”理论,推动和引领了国际铁电学研究的热潮;率先开展和引领一系列高性能铁电材料的研制,推动了弛豫铁电单晶、反铁电陶瓷在国防领域的应用研究,解决了国防重大需求;推动国家“863”新材料领域重要科技战略的制定和实施,引领了电子元器件行业龙头企业的技术进步;培养了一大批领军人才,包括国际铁电学成就奖获得者3人、国际铁电青年奖获得者2人……
1957年,姚熹毕业于交通大学电机工程系,1958年随交通大学西迁到西安,根据国家需要选择了电子陶瓷专业。
自此,姚熹开始了在这一领域的攀登。
弛豫铁电材料是电子技术领域重要的功能性材料,其发现和研究始于20世纪50年代中期。当时,研究人员发现了一类化合物,既有明显的铁电性质,又呈现强烈的弛豫特性,以独有的铁电弛豫特性将弛豫现象和铁电现象联系起来。如何认识和解释这类材料中极化弛豫产生的机制,成为该领域研究的热点。
1960年至1965年,姚熹与苏、美等国科学家大体同步研究了钛酸锶铋陶瓷的介电行为与极化弛豫现象,提出铁电现象可能与晶体中的缺陷和离子型极化弛豫有关。
1982年,姚熹在美国做博士后时,从司空见惯的介电温谱的细微变化中发现了一种新的反常弥散,提出在化学组成复杂的铁电体中存在著线度为数十纳米的极性微畴,这种微畴在偏置电场作用下可以通过热激活转变为通常的铁电畴,并将这种转变称之为“微畴—宏畴转变”。之后,他又在实验中发现了弛豫型铁电体“微畴—宏畴转变”的明确证据,经过反复试验、研究建立了弛豫铁电体“微畴—宏畴转变”理论,对理解复杂介电行为的起源并大幅提高其性能作出了突出贡献。
2007年,姚熹当选美国国家工程院外籍院士。美国国家工程院院士是工程领域专家的最高专业荣誉之一。在他之前,我国只有茅以升、王淀佐、郑哲敏、宋健和徐匡迪5位科学家当选。
作为中国铁电陶瓷研究的领军人,姚熹积极推动国内电子陶瓷学科研究。除了西安交通大学外,他还对清华大学、电子科技大学、华中科技大学等学校铁电陶瓷研究和相关学科的发展作出了积极贡献。
“虽然电介质科学在中国的发展已经有70年的历史,但是人们对实际电介质中所发生的电物理过程的认识,很难令人满意。电子陶瓷作为一类重要的电介质材料的研究工作,还主要依靠事实和经验的积累。”姚熹认为,材料学科正在从经验走向科学,其科学性有待大大提高,要认真考虑如何与时俱进发展电子陶瓷。
与此同时,姚熹发起创办《先进电介质学报》(JAD期刊)。JAD期刊现已被多种检索数据库收录,是国际上唯一聚焦功能电介质并涵盖电介质所有研究领域的专业期刊,增强了中国和亚洲学者在该领域的话语权。
姚熹还推动成立了亚洲铁电学联盟,帮助日本、韩国、泰国、马来西亚等国进行科研发展,力推与俄罗斯、法国、德国等国家的合作,身体力行为电子陶瓷行业的发展鞠躬尽瘁。西安交通大学国际电介质研究中心也通过国际交流合作取得了显著成绩,产生了一系列在国际上有影响的一流学术成果。
“我的使命就是不遗余力地推动铁电研究,在更大的区域内让电子陶瓷材料造福人类!”姚熹说。
近年来,姚熹指导电子陶瓷与器件教育部重点实验室继续开展弛豫铁电体及其相关材料的应用基础和前沿技术攻关工作,实验室团队在《自然》《科学》上发表论文5篇。团队研发的具有超高压电性能的透明铁电单晶入选2020年中国科学十大进展,为电子陶瓷材料的基础研究和学科发展作出了重要贡献。
徐德民:敢为人先 为国奉献
徐德民院士。记者 王熙摄
“我们广大科技工作者要根据国家发展急迫需求和长远发展,敢于提出新理论、新方法,开辟新领域,探索新路径,朝着建成世界科技强国的宏伟目标前进。”中国工程院院士、西北工业大学教授徐德民表示。
60多年来,徐德民始终胸怀科技强国的崇高理想,求真务实、严谨治学、顽强攻关,取得了一个又一个高水平科技成果,培养了一批又一批高素质科技人才。他荣誉等身,先后荣获全国科学大会奖、国家科技进步奖一等奖、国家科技进步奖二等奖2项、国家技术发明奖二等奖、何梁何利基金科技进步奖、国家级教学成果一等奖,以及省部级科技奖10余项。
20世纪70年代初,看到水下航行器在国家未来海洋战略中的重要作用,徐德民提出研制一种新型水下自主航行器的想法,并承担起总体方案论证、原理样机设计和关键技术研制等重要工作。为追赶国际先进水平,他带领团队采用先进技术,敢为人先,攻坚克难,坚持不懈,奋力拼搏,十年磨一剑,突破关键技术,完成研制任务。其中,水下自主航行器控制系统开创了采用电子技术的新局面。该项技术与国外同类产品相比具有独创性,是我国在水下自主航行器控制技术方面的重要突破。
1998年,国际上制海权的争夺日趋激烈。经过长期思考,徐德民决心带领5位博士共同研究一种新型水下自主航行器。由于技术比较超前,需要实验数据验证技术可行性,且实验验证需要大量的经费投入,非常艰难。在这样的情况下,徐德民没有退缩,下定决心:“没有条件,咱们创造条件也要上!”于是,他带领项目组成员自行筹措经费,进行试验研究。
项目进展到关键技术攻关阶段时,又遇到新的困难。这种新型水下自主航行器的导航系统在行业内首次使用,几乎没有可以借鉴的资料,大大增加了研制的困难和风险。徐德民带领项目组成员反复进行仿真实验,攻克了一个又一个难关,终于确定导航系统的最佳技术状态,并立即奔赴试验场进行验证性实航试验,最终解决了导航系统的精度和适用性等问题。
经过几年的不懈努力,该项研究获得重大技术突破,相比同类装备,精度提高4倍以上、性能提高近3倍,达到国际先进水平,推动我国水下自主航行器技术实现了跨越式发展。之后,他又带领团队不断攻克技术难关,圆满完成了一系列“几乎不可能完成”的研制任务,受到中央领导的鼓励:“你们为国家作出了贡献,解决了国家的急需。”
在为国铸剑,推动我国水下自主航行器技术水平不断进步的同时,徐德民也深知学科建设与人才培养的重要性。他倡导建成我国唯一“水下信息与控制技术”国防科技重点实验室,创建了我国水下航行器控制专业,创设了水下航行器自动控制系统课程,主编了我国第一部水下航行器自动控制系统教材,推动学科发展进步。
我国海域广阔,海防建设责任重大。徐德民深知要实现科技强国的愿望,必须凝聚起一支由多学科组成的高水平科技创新团队,让水下自主航行器技术始终站在国际最前沿。为此,他广纳贤才,引来了一批批青年才俊。
作为科研团队核心,徐德民身先士卒,以自己的行动带动每个人发挥特长,引导大家各展其长,优势互补,协力攻关。一批优秀中青年学者迅速脱颖而出,卓有建树。
在徐德民的带领下,团队先后入选首批国防科技创新团队、首批全国高校黄大年式教师团队、首批国家级教学团队、教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队等,获评全国教育系统先进集体、国防科技创新团队奖、陕西省首批“三秦学者”创新团队等,为我国水下无人装备走向世界前沿奠定了基础。