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中国建成9倍音速风洞 或研发高超音速飞行器

热度89票  浏览42次 【共0条评论】【我要评论 时间:2012年6月28日 14:43

资料图:高超音速风洞技术难度较大,图为高超声速风洞内进行的热障检验-材料处理试验,高强度钢被吹融化。

资料图:美国在风洞内测试X-51A高超音速飞行器的发动机,其最高风速为7.5倍音速。

4月的一天,国家自然科学基金委原主任、数学物理科学部党支部年纪最大的党员陈佳洱早早等在了集合地点。78岁的他说对这次支部活动,他很期待。

离集合时间还有10分钟,支部最年轻的党员张攀峰匆匆关了电脑。他的办公室里,桌上、地上高高摞起的都是今年科学基金项目的申请书。这段日子,是他们一年中最忙的时候,数学物理科学部有1万多份申请书需要逐一处理。

这一天,支部19名党员和其他3位同事的目的地是中科院力学所钱学森工程科学实验基地。数学物理科学部常务副主任、党支部书记汲培文说,此行是一次充电之旅。最忙最累的时候,队伍的战斗力更要加强。到科研一线感悟钱学森精神、了解科研人员需求,回来可以更有针对性地开展工作。

1个多小时后,在北京市怀柔区雁栖经济开发区乐园大街一栋长条形的灰色建筑内,陈佳洱和一位更老的老人四手相握。这位84岁的老人就是在力学所首任所长钱学森先生身边工作过的中科院院士俞鸿儒先生。而在大家身边静卧着的那个钢铁身躯,正是依据俞先生提出的爆轰驱动方法,进一步发展了一系列的激波风洞创新技术,研制成功的国际首座可复现高超声速飞行条件的超大型激波风洞,整体性能水平国际领先。按照中科院力学所的激波风洞系列,它被命名为“JF12复现高超声速飞行条件激波风洞”。

这根半人多高、金属质地、时粗时细、隔一段换一种颜色的长“管子”,在国际同行眼里是个“Hyper-Dragon”(超级巨龙)。这个迄今世界最长的激波风洞,常常是他们到北京访问的第一个“景点”,有的人看完了会请求:“能不能再看看。”

前奏:风洞里的“风景”

春日午后的阳光从风洞所在的空天实验室西侧门照进来,给朴素的钢筋铁骨上罩上了一层光晕。俞先生的“接班人”、中科院力学所高温气体动力学国家重点实验室主任姜宗林研究员陪同解说,大家边走边和力学所的党员们交流、探讨。记者后来发现,265米长的路,居然走了半个多小时。

风洞里究竟有什么奇异的“风景”?记者最终也没能用眼睛看明白,但多少听懂了些。

这是俞先生等我国两代科学家集50年积累,独辟蹊径,具有鲜明特色的重大装备,其新颖的工作原理不同于世界上已有的任何风洞。

要想说清楚它的亮点,还需要先交待些背景:

首先,风洞代表了一个国家在航空航天方面的基础研究水平,它是飞行器的“摇篮”,一架飞机的发动机、气动布局,不在风洞里吹个几千上万次,绝不敢上天。而俞先生他们的风洞是迄今为止世界上性能最先进的高超声速气动试验装置。

其次,有一个表示速度的、叫做“马赫(Ma)”数的量词至关重要。1马赫是1倍音速(声速),在天气条件下大约为340米/秒。一般民用飞机速度多为Ma 0.8以下的亚音速。而俞先生他们的风洞要复现的是在25―40公里高空、Ma5.0以上的高超声速飞行条件。

该国家重大科研装备研制项目组的负责人姜宗林一直不厌其烦为记者科普。“JF12风洞265米的‘身长’使其能够提供更长的实验时间,高超音速发动机需要的实验时间至少需要60到70毫秒,我们已经能做到100毫秒,国外的相关风洞大约为30毫秒。我们的喷管直径可达2.5米,实验舱直径3.5米,都明显优于国外同类风洞。JF12风洞里的‘风’,速度最高可达Ma 9,温度可达3000摄氏度左右。而Ma 9意味着,从北京到纽约的飞行时间,可以由现在的14小时缩短到2小时。”

高超音速飞行器的超燃发动机研发是个国际难题。有人形容,Ma 9时,对于飞机的发动机点火来说,就像在龙卷风中点燃一根火柴,还要保证它持续燃烧。姜宗林说,JF12风洞完全可以复现“龙卷风”的状态。这为我们相关发动机的研发创造了条件。

JF12风洞花了多少钱?中科院力学所所长樊菁说:“4600万元。”

汲培文感慨:“没有创新思想,4个亿也未见得搞出来。” 据了解,JF12风洞不仅建的时候花费不多,运行费用也比国外风洞低很多。

汲培文说,“风景”是钱学森先生不信洋人、勇于创新的精神的现实体现。这种精神影响了一批人,俞先生等老科学家秉承钱先生的精神,又带出了姜宗林研究员等一批人。如今,这种精神还在不断传承着。

党课:钱学森先生晚年究竟忧虑什么

钱学森工程科学实验基地院子如今还是个大工地,高超实验室、超燃实验室、燃烧实验室、等离子实验室等还在建设中,绿色的苫布遮挡了视线。耳边间或会响起电锯吱吱的噪声,但这些丝毫没有影响人们的兴致。

除了风洞,大家还目睹了高速列车模型如何在瞬间被加速到200多公里,然后平稳停住。

随后,党课在风洞旁的会议室开始了。主讲人是俞鸿儒。

幻灯片是老先生自己做的,简洁的深蓝色模版上,写着大标题:领会钱学森所长晚年忧虑的问题。他座位背后的墙上,写着“求实求是”四个大字。

在俞鸿儒眼里,钱学森永远是中科院力学所的所长。因为,组建力学所是钱学森回国后做的第一件大事。1956年建所之初,钱学森提出了“上天、入地、下海”的蓝图,而这依然是力学所今天的发展方向。

“大家现在都知道 ‘钱学森之问’,认为这是他晚年的忧虑所在。但我觉得大家的理解不太全面。其实,他真正的忧虑来自两个方面。”

俞鸿儒说:“钱所长的另一个忧虑是:‘我国科学技术人员有重要创新吗’?”他介绍说,钱学森在1995年给王寿云等六同志的信中曾提到,1960年代,我国科技人员先于“夸克”理论提出了“层子”理论、率先合成了人工胰岛素、成功实现了氢弹引爆独特技术,“但是今天呢?我国科学技术人员有重要创新吗?我认为目前太迷信洋人了,胆子太小了!如果不创新,我们将成为无能之辈!”念钱学森信中的这段话时,俞鸿儒语气凝重。

他认为,钱学森的上述忧虑没有被广泛报道。

俞鸿儒同时指出,在提到 “钱学森之问”时,人们通常认为,钱学森说的是杰出人才的培养。“这没有错。但他说的不是一般的人才培养问题,而是科技创新人才的培养问题。”

在他看来,这两个忧虑的核心都是关于创新的。

那么,究竟什么是创新?俞鸿儒说,“创新”可以理解为“创造”,也就是首创前所未有的事物;也可以理解为“革新”,即渐进性的改进。按照他的理解,钱学森所指的“创新”,是创造而不是革新。他引用钱学森的话:“是不是真正的创新,就看是不是敢于研究别人没有研究过的科学前沿问题,而不是别人已经说过的东西我们知道,没有说过的东西,我们就不知道。”

俞鸿儒认为,如何对待“创造” 和“革新”,关系到我们能否获得真正的创新。在他看来,相对于“创造”,“革新”较易实行,风险小,也便于管理,广受一线科研人员和科技管理人员的欢迎。但如果对“创造”活动采用同样的方法管理,将使其处境艰难。“革新很重要,大多数人要做革新,但是,不能让革新代替创造,也不能让革新消灭了创造。”

他现身说法:他曾经有一个全新的研究思路,去申请科研经费,但一看项目申请表,发现:“根本没法填――探索性工作结果难料,哪能定死什么时间用什么具体方法去完成,每个研究阶段要用多少经费?”后来,中科院决定资助他200万元,只签了个协议,“问题是,我行,年轻人行吗?”

“我今天跟你们基金委说这个事情,是希望你们好好研究下,怎么才能更好地支持创造。科研管理部门不能用管革新的方法管创造。”俞鸿儒直言不讳。

感悟:耕耘更利于“创造”而不仅仅是“革新”的土壤

“您的PPT能不能给我拷贝一份?”俞鸿儒讲党课时,“课堂”上一直很安静。到了讨论环节,气氛热烈起来。提出这个请求的是陈佳洱,他的另一个身份是:北京大学原校长。 “俞先生的讲话发人深省。我想让北大的新班子也学习学习。北大要办出特色,培养科技创新人才,大学千校一面的局面要改变。”

陈佳洱说,为什么会千校一面,根本原因是评价机制有问题。现在的大学排名,大多强调被国际检索的论文(SCI或EI)的数量和期刊的影响因子(IF)等表观的、量化的指标。其实我们SCI、EI的总量已经排在世界前列,但实际创新能力与国际先进水平相比依然有较大差距。“博士生没有两篇文章就不能毕业,搞得他们什么能发文章做什么,成了国外学界看不起的Paper Machine(文章机器)。这个是大大害人。”这位同样在钱学森身边工作过的78岁老人有些激动。

他认为,在对科研人员或者研究单位进行评价时,应该看其有没有创新的思路,对相关学科的发展有多大的带动,对满足社会的需求有何种推动;看他们在研究工作中培养了多少年轻人;还要看他们跟相关单位的合作如何,对合作单位的发展有哪些贡献。

汲培文接着陈佳洱的话说:“要提高创造能力,我觉得需要三方面的努力,缺一不可:一个是科学家自己怎么做;一个是管理部门怎么支持;第三是评价体系怎么跟上去。”

汲培文介绍说,科学基金秉承的是“依靠专家,发扬民主,择优支持,公正合理”原则。考虑到申请项目过程中,有些新思想一开始不容易被评委们接受,基金委还设立了“非共识项目”,支持探索性较强、风险性较大的创新研究,取得了一定的效果。比如,中科院紫金山天文台研究员常进的项目一开始评审没有通过,基金委按照非共识项目给予了一定支持,后来越做越好,找到了暗物质粒子湮灭的可能证据,还被为2008年度世界物理学领域重大研究进展。

汲培文说,除了对项目的资助,科学基金还非常重视对人的资助。比如 “创新研究群体科学基金”就是择优资助有共同目标的创新团队,研究方向和课题由科学家自己决定,让他们能有一个宽松环境,潜心研究。

中科院力学所所长樊菁插话说,“创新研究群体”在鼓励创新、培养人才方面确实发挥了好的作用。JF12复现高超声速飞行条件激波风洞立项曾历经波折,在困难的时候,“创新研究群体”经费对关键思想的深化研究和验证起了很好的作用。

汲培文总结到,纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。“今天,在世界最长激波风洞旁,我们过了一次特殊的组织生活,收获很大。首先,我们学到了精神,钱先生、俞先生以及力学所新一代科学家的创新精神;第二是领到了任务,怎么更好地支持创新工作,创造性地改善评价体系;三是增加了我们的责任感、使命感,今后要更好地支持创新,培养人才,进一步完善中国特色的科学基金制;四是进一步明确了新时期工作在科技管理领域的共产党员,更好地发挥共产党员的先进性和先锋作用的方向和具体内容。”

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