科学岛上的年轻人
作者: 周玉冰史子木:与嫦娥钢共舞
2019年1月3日10时26分,嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内,实现了人类探测器首次在月球背面(简称月背)软着陆。
自1959年人类探测器首次登陆月球以来,人类发射到月球的探测器和轨道器已经有100多个,但都是对月球正面的探测,此前没有任何一个月球探测器能够在月球背面软着陆。
受地球潮汐锁定,月球绕地球公转的周期与月球自转的周期相同,都是27.32天。也就是说,每当月球绕地球转一圈,它自己也刚好转了一圈,这使得月球永远以同一面向着地球,而月球另一面隐藏在背后,我们肉眼无法看见。
月背到底是怎样的?人们对这一神秘之地充满向往。
与月球正面不同,月背几乎是环形山和古老的陨石坑。此外,由于没有来自地球的辐射干扰,月背有着无与伦比的空间环境,适合开展各类天文观测,能够填补在地球和其他地方无法开展的100KHz~10MHz频段的射电天文观测空白,甚至有可能观察到40亿年前宇宙早期爆炸的暗黑地区的无线电波,科学家或将在行星际激波、日冕物质抛射和高能电子束产生机理等方面取得原创性成果。
对于科学家而言,这是很迷人的。
冯·卡门撞击坑位于月背的南极-艾特肯盆地中部,这是太阳系已知的最大、最深和最古老的撞击盆地,直径为2500千米,形成于40多亿年前,具有极高的科学研究价值。
虽然地形相对平坦,但探测器要成功着陆,依旧危险丛生。
由于在月背无法和地球直接联系,科学家们发射了中继卫星“鹊桥”作为嫦娥四号和地面之间的信息中转站。
在复杂的地形下,嫦娥四号要近乎垂直降落,通过惯性导航及与月面相对测量导航,按照既定制导率实现月球背面软着陆,着陆时间短、航程短,风险比较大。
嫦娥四号要安全着陆还需要解决一个问题——缓冲拉杆。这好比一个人从高处跳到凹凸不平的地方,首先,双腿要有一定的弹跳力,并且力度足够支撑自身重量,否则就会造成骨折等严重问题。
也许有人会说,用什么腿啊,用降落伞慢慢落下多好!别忘了,月球上没有空气,探测器无法使用降落伞。
因此,嫦娥四号需要有特殊性能的“腿”,以确保约140千克的嫦娥四号月球车能安全着陆。
缓冲拉杆这项研究交给了中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所的科研团队。他们研究的缓冲拉杆材料被形象地称为嫦娥钢。
来自浙江的史子木,就在这个光荣的团队。
史子木出生于温州,父亲上过大学,与同龄人相比,这样的家庭算是有文化的,这让史子木从小获得了相对良好的教育。
有两本科普书对史子木影响很大。一本是《从一到无穷大》,一本是《哥德尔、艾舍尔、巴赫——集异璧之大成》。《从一到无穷大》的作者是乔治·伽莫夫,他用生动的语言介绍了20世纪以来科学界的一些重大进展,书中一个个故事把数学、物理乃至生物学的许多内容巧妙地融合在一起,展示了自然科学的基本成就和进展。
《哥德尔、艾舍尔、巴赫——集异璧之大成》对数学家哥德尔的数理逻辑、版画家艾舍尔的版画、音乐家巴赫的音乐进行了综合阐述,介绍了数理逻辑、人工智能、语言学、遗传学、音乐、绘画等理论,深入浅出,引人入胜。
这是多么神秘的世界啊,史子木的好奇心被唤醒,探索的思维被打开。
“我到现在还记得当时看《从一到无穷大》的感觉,用现在的话说,这本书颠覆了我的科学观,也影响了我的世界观。而《哥德尔、艾舍尔、巴赫——集异璧之大成》中探讨的数学、音乐、绘画具有统一特质,也为我提供了全新的看待问题和事物的视角。”史子木常常说起自己的感受,“我的人生动力、职业选择可能更多的是受到了书本或者远方的人的影响。”
他所指的远方的人,是那些书本中描绘的时代英才、天之骄子。
内心有了向往,就有了无限动力。高中毕业后,史子木考取了清华大学材料科学与工程系。
清华大学云集了全国优秀学子。上大学的时候,同宿舍的一位同学非常勤奋,每天晚上都学到凌晨两点钟才睡觉,再难的数学考试他都能考到近满分。看着卷面得分的差距,史子木心想,对方只不过付出的时间比自己多些而已。
大学二年级的时候,“非典”疫情从广州蔓延到北京。受疫情影响,有一门数学课基本上是靠学生们自学,到了考前复习的时候,史子木暗暗将那名“学霸”当作自己的标杆,每天跟他一起起床,一起睡觉,一起学习。成绩出来后,“学霸”考了98分,又遥遥领先班里其他同学。史子木开始正视自己与“学霸”在数学上的差距,也开始思考自己的研究方向。
2008年研究生毕业后,史子木任浙江工贸学院材料工程系副教授、系主任。在他的努力下,材料工程系争取到了国家级教学项目和省级科研平台。
时代在进步,社会对知识的需求越来越高,史子木意识到自己必须进一步深造。2010年,他考取了中国科学院博士。
也正是在这时,史子木进入中国科学院固体物理研究所,从事特种材料研究。那时导师、研究生和职工都在一起工作,项目时间短,工作量巨大,而且容不得半点差错。大家齐心协力,在工作中培养了高度的默契。
史子木在读博期间就参加了嫦娥三号的缓冲拉杆项目。
有一次,史子木在负责一批探月缓冲着陆拉杆检测工作中,不慎将样品丢在出租车上,给整个项目推进造成了影响。虽然大家不断地安慰他,最终嫦娥钢拉杆也以100%的有效率通过了评测,但此事成了他的一块心病,他一直深感愧疚。因此,博士毕业后他一度回到老家温州工作。
研究的过程格外艰辛,好在史子木身上有一股顽强的毅力。
史子木的博士课题是在钢中添加细小的氧化物颗粒,针对这一课题的所有文献记载的都是采用粉末冶金工艺。史子木基于实际应用的考量,想用熔炼方式制备。
史子木尝试了很多办法,都没有成功。他暗暗告诉自己不要气馁。最后,他重新从最基础的冶金、材料概念出发,通过制备氧化物的中间合金的过渡方式,成功地用熔炼方式制备出了氧化物弥散强化钢。
那时,在高强度的工作之后,史子木常和同事们一起去爬大蜀山。
大蜀山离科学岛不远,是合肥近郊唯一的一座山。山虽然不高,但登临山顶,可以远眺蜀山湖,一览合肥的城市风貌,紧张的心情得到舒缓,团队的凝聚力也增强了。
华灯初上时分,他们回到科学岛,实验室里又是一夜灯火通明。
为了充分发挥科学家精神在青年科技创新中的感召力,宣扬科技自立自强,让青年科研工作者更有底气、勇气和志气,科学岛上持续开展了“向老科学家写一封信”、“党旗下的青春”演讲、“科学家精神薪火传”青年朗诵大赛等活动。
“如果在自己研究的领域受制于人,作为青年科研工作者是非常难受的。”史子木在参加演讲时说,“青年人在遇到困难的时候,一定要树立信心、明确方向。”
有一段时间,人们总认为材料学是冷门专业,甚至称它为 “天坑”,随着高端制造业的重要性日益凸显,材料专业有望成为新的热门学科,史子木很欣慰自己为这一领域做出了探索。
史子木呼吁年轻的学子:来吧,我们一起!
王大庆:向深海进发
海洋覆盖了地球约70%的表面积,蕴藏着人类远未认知和开发的宝藏。
习近平总书记“向海洋进军,加快建设海洋强国”的号召传到科学岛,高理富研究团队每个成员内心都洋溢起科研报国的激情。
2011年,高理富结束海外学习回到科学岛,相继担任机器人传感器与人机交互实验室主任和智能所副所长,主要从事机器人相关技术在航天、深海、核等极端环境下的应用研究。
高理富的几位博士研究生也陆续加入了他的团队。他们年轻,思维敏锐,身上有一股拼劲,为团队带来了朝气。高理富喜欢与他们聊天,听一听他们的想法。有些想法虽然在技术上很难实现,但具有开拓意义。
团队的王大庆是个个头儿高高的帅小伙。他的老家在安徽大别山深处的霍山上土市镇,紧邻湖北。他记得小时候,从镇子去县城每天仅有一趟中巴车,需要在六十多公里的盘山公路上颠簸五六个小时才能到达。那时候,大人们常常对孩子说,想要走出大山,就要好好读书。
王大庆的成长离不开母亲张群的悉心教育。
张群从小就喜爱读书,小学阶段成绩非常好。小学毕业时,张群满以为自己的成绩可以上初中,父亲却告诉她,她没有考上。那时母亲病重,弟弟年幼,张群只能接受命运的安排,帮父亲干农活。
有一天,她像平常一样去溪边洗衣服,忽然发现父亲的衣服口袋里有个东西,掏出来一看,是一张录取通知书!
原来张群考上了初中,父亲骗了她。泪水顿时涌了出来,她急忙跑回家找父亲理论。
张群跑到家时,父亲正扛着农具准备下地,他似乎意识到女儿知道了实情,匆匆离开。
看看躺在床上的母亲,张群没有说话,泪水默默地在心头流淌。她告诉自己,认命吧!这个家,哪里供得起自己读书啊!
与山区没读过书的女孩子一样,张群在干农活中长大,随后结婚生子。所幸丈夫读过高中,在贫困的山区里,算得上一个文化人。
后来,儿子王大庆成了张群全部的希望。她暗暗发誓:无论日子多难,一定不能耽误儿子读书。
王大庆很懂事,听母亲流着泪说她的故事,他暗暗告诉自己要好好学习。王大庆就读的黄栗杪小学很破旧,夏天,暴雨往窗户里灌;冬天,冷风直往教室里钻。可不管刮风还是下雨,王大庆坚持不缺课。他读三年级的时候,武警安徽省总队捐资新建了黄栗杪希望小学。在校园竣工投入使用仪式上,王大庆代表学生致欢迎词。也正是这一次,王大庆内心有了荣誉感和责任感,萌生了走出大山的愿望。
初三的第一节物理课王大庆印象很深。物理老师用不标准的普通话说:“同学们,学好数理化,走遍天下都不怕。大家好好学物理,将来为国家造原子弹。”老师话音刚落,同学们都笑了,觉得这是天方夜谭。王大庆却受到了鼓舞,憧憬着将来能成为一名科技工作者。
初中毕业时,王大庆的成绩排在全县前50名,可以进入省示范高中霍山中学。当时上土市中学为了留住好生源出台了政策:中考全县50名以内的学生免学费,同时每年奖励3000元。
3000元的奖学金,对一个农民家庭的孩子来说是很有吸引力的。王大庆决定去上土市中学,张群不同意。王大庆劝母亲:“学习是我自己的事,只要我努力,在哪里都能学好。”
3年后,王大庆以优异的成绩被安徽大学录取,学习测控技术与仪器专业。妈妈的故事化作一股动力,时刻激励着他。本科毕业后,许多同学走上了工作岗位,王大庆决定继续深造。
2013年,王大庆考取了中国科学技术大学(以下简称中科大)自动化系硕士研究生,师从高理富。两年后的9月,他转入博士研究生阶段的学习。
2019年,王大庆以出色的成绩正式进入科学岛工作,也加入了高理富的团队,成为深海4500米智能精确作业模块研制项目组的一员。
“妈妈,我留在科学岛工作了,您高兴吗?”工作落实那天,他给妈妈打了个电话。
“高兴!”电话那头,张群的声音哽咽了。她不懂儿子工作的内容,但她知道儿子是为国家做研究,因此心中有一种说不出的自豪感。
在这个项目中,王大庆主要负责传感器中机械臂控制系统、反馈系统的研发。项目要应用于深海,许多东西他都不懂,也没有现成的经验,需要一步步去摸索。王大庆不知疲倦地查阅文献,向有经验的前辈请教,把复杂的事情模块化。
张群有时候打电话叮嘱他注意身体,他说:“我要趁年轻多做点儿事,工作中、科研中有很多乐趣。”
电视剧《士兵突击》里有一段描写主角许三多的话:“他做每件小事都好像抓住一棵救命稻草一样,到最后你才发现,他抱住的已经是参天大树了。”王大庆对这段话印象极其深刻,他常常告诉自己,认真做好当下每一件事,不断提升自己,只要方向没错,未来一定不会差。