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潛心“真空”三十載 一片丹心向航天——記航天科技集團(tuán)五院510所科技委主任、中國工程院院士李得天研究員
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2022-08-05  閱讀

來源:甘肅科技報(bào)

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  【康沃真空網(wǎng)】帶著對(duì)真空基礎(chǔ)學(xué)科的滿腔熱愛,帶著對(duì)中國航天事業(yè)的使命感和責(zé)任感,李得天從一名普通的大學(xué)生成長為我國航天測試計(jì)量技術(shù)及儀器專家。他扎根西北30余年,另辟蹊徑走出了一條創(chuàng)新之路,取得了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)性成果,為我國航天、航空、核工業(yè)事業(yè)的發(fā)展和國防科技的建設(shè)作出了杰出貢獻(xiàn)。

  ◎院士簡介

  李得天   1966年6月生,蘭州空間技術(shù)物理研究所科技委主任,研究員,博士生導(dǎo)師,中國工程院院士、國際宇航科學(xué)院院士,甘肅省拔尖領(lǐng)軍人才,國家創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。入選國家杰出青年、百千萬人才工程和萬人計(jì)劃。任中國真空學(xué)會(huì)副理事長、中國計(jì)量測試學(xué)會(huì)副理事長兼真空計(jì)量專委會(huì)主任、中國宇航學(xué)會(huì)電推進(jìn)專委會(huì)副主任、真空技術(shù)與物理國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任、《真空與低溫》期刊主編等職。李得天是真空測試計(jì)量領(lǐng)域?qū)W術(shù)帶頭人,長期從事真空計(jì)量及真空環(huán)境下多參數(shù)綜合測試工程研究。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)解決了真空中性氣體、真空等離子體和復(fù)雜真空效應(yīng)的測試計(jì)量難題,在計(jì)量技術(shù)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、測試裝置和工程應(yīng)用等方面做出了系統(tǒng)性貢獻(xiàn),建立了我國較完整的真空測試計(jì)量體系,研究成果在地面、近地軌道和宇宙深空獲得了全面持續(xù)應(yīng)用。發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇,出版著作8部。以第一完成人獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)一等獎(jiǎng)8項(xiàng),還獲何梁何利科技創(chuàng)新獎(jiǎng)、全國創(chuàng)新爭先獎(jiǎng)、中國真空科技成就獎(jiǎng)、航天創(chuàng)新獎(jiǎng)、航天貢獻(xiàn)獎(jiǎng)等。

李得天研究員(左一)指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行科技攻關(guān)

  一位科學(xué)范兒十足的科學(xué)家

  中國航天科技集團(tuán)有限公司五院510所位于我國西北重鎮(zhèn)——蘭州,它是我國第一批直接從事空間飛行器研制的單位、我國空間技術(shù)領(lǐng)域的骨干單位。該所相關(guān)產(chǎn)品配套在我國數(shù)百顆星、船型號(hào)中,始終保持著一次飛行成功率100%的紀(jì)錄,為我國航天事業(yè)和國防事業(yè)作出了卓越貢獻(xiàn)。

  510所的展廳里有一面榮譽(yù)墻,陳列著國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)、國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)、國防科技進(jìn)步獎(jiǎng)等各大科技類獎(jiǎng)狀、獎(jiǎng)杯。上面出現(xiàn)次數(shù)最多的名字,就是“李得天”。

  李得天出生于甘肅省景泰縣的一個(gè)普通家庭。讀初中時(shí),他的學(xué)霸氣質(zhì)便開始凸顯,成為縣里有名的高材生。雖然學(xué)習(xí)條件艱苦、沒有試驗(yàn)器具和場地,李得天對(duì)物理學(xué)的濃厚興趣仍然開始萌芽。“千分尺是我們的第一個(gè)試驗(yàn)器具,可以說開啟了我的興趣之門。”李得天回憶說。

  在當(dāng)時(shí),師范類學(xué)生每月能有22.5元助學(xué)金??紤]到家庭經(jīng)濟(jì)條件,師范大學(xué)是很多人的第一志愿。1981年,15歲的李得天以全縣第一的成績考入了西北師范大學(xué)物理系。

  在李得天的記憶中,東方紅衛(wèi)星發(fā)射是他對(duì)航天的最初印象。1980年,我國向太平洋預(yù)定海域發(fā)射一枚運(yùn)載火箭,獲得圓滿成功。這也引起了李得天開始對(duì)航天的關(guān)注。

  上大二時(shí),有一位學(xué)長考取了航天科技集團(tuán)五院510所的研究生。李得天得知這個(gè)消息,感到非常振奮。有這樣一條路可以進(jìn)入航天,接觸到自己感興趣的航天事業(yè),這讓他怦然心動(dòng)。

  此刻,立志進(jìn)入航天領(lǐng)域的種子在李得天心中深深扎根。當(dāng)?shù)弥?10所的研究生專業(yè)考試要考真空技術(shù)時(shí),李得天便到圖書館借了一本《真空技術(shù)》開始自學(xué)。1985年,李得天大學(xué)畢業(yè),順利被510所錄取為第五屆碩士研究生之一。

  之后的幾年,李得天都一直沉浸在自己的專業(yè)領(lǐng)域甘之如飴。誰承想,身邊的環(huán)境卻悄悄發(fā)生著變化。上世紀(jì)90年代,“孔雀東南飛”的潮流襲來,各領(lǐng)域出現(xiàn)了出國熱。地處祖國西部的510所成為人才流失的“大戶”,很多科研人員帶著家屬去了南方城市,或者干脆出了國。

  看著身邊的同事、同行一個(gè)個(gè)離開西北,李得天也想要嘗試?!暗共皇钦f非要跟著他們走,但出去看看的心情越來越迫切。”

  2001年,李得天得到一個(gè)去德國做客座科學(xué)家的機(jī)會(huì)。一年里,對(duì)方對(duì)李得天的工作能力很滿意,李得天和德國的同事相處也非常愉快,接觸到很多前沿科技,專業(yè)能力得到很大提升。然而,李得天對(duì)德國的喜愛遠(yuǎn)不及對(duì)祖國的依戀。他的愛人赴德國探親,兩人在德國生活了3個(gè)月,最終商量決定,還是要回到中國。2002年6月,李得天重新踏上了祖國的土地,繼續(xù)為中國航天事業(yè)努力奮斗。

  在真空領(lǐng)域深耕細(xì)作多年,李得天積累了深厚扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)。同時(shí),他也對(duì)其他學(xué)科保持著關(guān)注。用李得天學(xué)生的話說,他是一位科學(xué)范兒十足的科學(xué)家。李得天常說:“敢于向自己不熟悉的領(lǐng)域橫跨一步,往往就能獲得一些意想不到的驚喜,解決長期以來的難題?!焙芏啻危谂c交叉學(xué)科專家的交流中,李得天都希望能將新領(lǐng)域的知識(shí)、技術(shù)與真空計(jì)量聯(lián)系起來,擦出科學(xué)的火花。在這樣的好奇心驅(qū)動(dòng)下,很多幻想變成了現(xiàn)實(shí),碳納米管陰極超高真空計(jì)、超高/極高真空校準(zhǔn)等許多突破傳統(tǒng)的新技術(shù)就此誕生,成為全國首創(chuàng)。

  在“卡脖子”激勵(lì)下,從跟跑到領(lǐng)跑

  上世紀(jì)90年代,隨著探索太空的步伐不斷加快,我國對(duì)月球表面、行星際空間、恒星際空間真空環(huán)境探測的需求愈發(fā)迫切,亟須擁有自己的超高/極高真空計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

  建立自己的超高/極高真空計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),前提是獲得極高真空。2002年,這項(xiàng)任務(wù)落在了510所身上。而510所時(shí)任領(lǐng)導(dǎo)鄭重地將這一重任交給了剛剛回國的李得天。

  為了這項(xiàng)必須拿下的任務(wù),李得天和團(tuán)隊(duì)成員遍訪各個(gè)國家的真空企業(yè),尋找合適的技術(shù)和設(shè)備。當(dāng)?shù)弥毡敬筅嬉患艺婵掌髽I(yè)有可獲得極高真空的裝置——極高真空時(shí),李得天第一時(shí)間動(dòng)身前往日本拜訪。“當(dāng)時(shí)國外普遍的做法是采用液氦冷凍、液氮保護(hù)等低溫手段獲得極高真空,但是這樣的標(biāo)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量不確定度大、運(yùn)行成本也很高??杉幢闳绱?,人家仍然不愿意把設(shè)備賣給我們?!崩畹锰煸谌毡境粤碎]門羹,這讓他很無奈?!澳莻€(gè)時(shí)候就真正能體會(huì)到被人‘卡脖子’的難受?!?/p>

  李得天沒有就此放棄?;貒?,他腦子里時(shí)時(shí)刻刻都想著極高真空的事?!凹热粍e人不給,就只能靠自己?!边@樣的體會(huì),很多中國航天人都感同身受。在中國航天事業(yè)發(fā)展史上,類似的事情遇到過太多太多。

  一天,意大利一位專家到中科院蘭州近代物理研究所作報(bào)告。近物所邀請李得天一起去聽聽。深受極高真空困擾的李得天決定去“換換腦子”。

  在報(bào)告中,意大利專家介紹了一種用于抽除真空活性氣體的吸氣劑,這種吸氣劑在真空計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)中從未應(yīng)用過,它卻觸動(dòng)了李得天的科學(xué)神經(jīng)。

  “這種方法能否用于極高真空獲得上?”帶著這樣的好奇,李得天回去后趕緊開始論證與設(shè)計(jì)。

  我國極高真空計(jì)量研究起步晚,國內(nèi)配套條件差、關(guān)鍵設(shè)備缺乏、可借鑒的經(jīng)驗(yàn)很少。李得天只能抓住一切可以利用的時(shí)間與條件,跑遍周圍大大小小的研究所,翻閱無數(shù)資料。經(jīng)過多次試驗(yàn),他終于創(chuàng)新性地提出磁懸浮渦輪分子泵級(jí)聯(lián)與非蒸散型吸氣劑選擇性抽氣相結(jié)合的室溫抽氣方法。

  利用該方法,李得天及其團(tuán)隊(duì)在常溫條件下獲得了極高真空,這是世界首創(chuàng)。該方法被命名為分流法超高/極高真空校準(zhǔn)技術(shù)。

  這個(gè)技術(shù)方案讓李得天及其團(tuán)隊(duì)最終突破了超高/極高真空校準(zhǔn)領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn)了技術(shù)途徑的整體創(chuàng)新,自主設(shè)計(jì)研制成功我國首臺(tái)超高/極高真空標(biāo)準(zhǔn)裝置,將我國真空校準(zhǔn)能力首次延伸至10-10Pa的極高真空范圍,為我國月球探測、航天器空間環(huán)境模擬、重離子加速器、同步輻射光源、受控核聚變裝置等國家重大科技工程提供了重要的技術(shù)支撐和計(jì)量保障服務(wù)。該成果獲國防科技進(jìn)步一等獎(jiǎng),核心專利獲中國專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。

  這一創(chuàng)造性成果得到國際同行的廣泛贊譽(yù)。相關(guān)論文在真空科學(xué)領(lǐng)域國際頂尖學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表,在當(dāng)月下載量最多的20篇論文中位列第三。2012年,歐洲發(fā)布的計(jì)量研究規(guī)劃將極高真空計(jì)量列為今后發(fā)展的重點(diǎn)。而李得天的這項(xiàng)成果被歐洲計(jì)量規(guī)劃委員會(huì)作為重要參考依據(jù)。

  這一刻,我國真空計(jì)量技術(shù)終于進(jìn)入國際前列。

  2019年,鑒于李得天在國際真空計(jì)量領(lǐng)域的成就和影響力,那家曾讓他吃了“閉門羹”的日本公司專程邀請他講學(xué)。此時(shí),李得天已帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)建成了集真空計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置、國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、國防軍工計(jì)量規(guī)范等為一體的完整的國防真空計(jì)量技術(shù)體系。


李得天研究員為孩子們進(jìn)行科普講座現(xiàn)場

  “能夠?yàn)閲易鳇c(diǎn)事,是最主要的”

  李得天說:“我們一直堅(jiān)持把基礎(chǔ)學(xué)科研究做扎實(shí),并將基礎(chǔ)研究成果放在工程應(yīng)用上,這是基礎(chǔ)學(xué)科研究的最終目標(biāo),也是為國家解決‘卡脖子’難題的有效途徑。”

  在真空測試計(jì)量儀器方面,李得天及其團(tuán)隊(duì)提出的基于雙道密封圈的小容積正壓檢漏方法,解決了載人航天器艙門氣密性快速檢測技術(shù)難題。以此為原理研制的航天器艙門快速檢漏儀重量輕、體積小、功耗低,完成全部檢漏任務(wù)僅需8分鐘。目前,該型檢漏儀已在多艘飛船、目標(biāo)飛行器以及飛船與目標(biāo)飛行器的交會(huì)對(duì)接中得到成功應(yīng)用,確保了航天員的生命安全,為我國載人航天工程順利實(shí)施提供了重要保障。

  在不久前的嫦娥五號(hào)任務(wù)中,李得天參與了我國首臺(tái)月球樣品密封封裝子系統(tǒng)與極小漏率專測設(shè)備的研制工作。他和團(tuán)隊(duì)成員的共同努力,確保了該產(chǎn)品能夠?qū)Σ杉降脑虑驑悠愤M(jìn)行自動(dòng)封裝,保證月球樣品在返回地面的過程中不受污染,“原汁原味”被帶回,充分保留其科研價(jià)值,確保了探月工程“繞、落、回”總目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

  李得天及其團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地提出基于質(zhì)譜分析原理的推進(jìn)劑泄漏檢測方法,并研制出發(fā)射場衛(wèi)星推進(jìn)劑泄漏檢測儀和火箭危險(xiǎn)氣體共底泄漏監(jiān)測系統(tǒng),成功解決了推進(jìn)劑泄漏檢測難題。目前,相關(guān)檢測儀器已長期應(yīng)用于我國衛(wèi)星、火箭發(fā)射現(xiàn)場的推進(jìn)劑泄漏監(jiān)測中,為我國航天任務(wù)的高質(zhì)量、高密度發(fā)射提供了主要的技術(shù)保障。

  除此之外,李得天還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出我國首臺(tái)空間用雙通道磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜計(jì)。目前,該質(zhì)譜計(jì)已成功在衛(wèi)星上搭載,并對(duì)499公里太陽同步軌道氣體成分隨區(qū)域及時(shí)間的變化進(jìn)行了全面探測,為我國近地空間環(huán)境研究及航天器工程應(yīng)用積累了寶貴的空間環(huán)境數(shù)據(jù)。

  李得天提出的雙分子流小孔進(jìn)樣方法,消除了氣體的質(zhì)量歧視效應(yīng),保證了進(jìn)樣后氣體成分比例不變,解決了標(biāo)樣氣體進(jìn)樣技術(shù)難題。該標(biāo)樣氣體進(jìn)樣系統(tǒng)已用于我國衛(wèi)星導(dǎo)航用銣原子鐘的銣泡精確充氣之中,使得導(dǎo)航銣原子鐘打破了外國禁運(yùn),為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)作出了重要貢獻(xiàn)。

  此次獲獎(jiǎng)的衛(wèi)星充放電效應(yīng)模擬測試與防護(hù)關(guān)鍵技術(shù),直接應(yīng)用于我國空間站整星仿真和首個(gè)電位主動(dòng)控制系統(tǒng)研制,將確保我國空間站建設(shè)和航天員出艙活動(dòng)安全。此外,該技術(shù)還應(yīng)用于上百顆衛(wèi)星充放電防護(hù)設(shè)計(jì),無一例發(fā)生在軌充放電故障,為新一代衛(wèi)星平臺(tái)提供“安全屏障”。32年來,李得天帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)先后突破真空壓力、氣體微流量(漏率)等真空參數(shù)計(jì)量難題,建成系列真空標(biāo)準(zhǔn)裝置,建立了完整的國防真空測試計(jì)量技術(shù)體系,實(shí)現(xiàn)國防科技工業(yè)真空量值準(zhǔn)確統(tǒng)一;突破真空等離子體測試難題,建立空間電推進(jìn)真空等離子體束流在線動(dòng)態(tài)測試評(píng)價(jià)能力,打通長期限制我國全新一代空間推進(jìn)技術(shù)工程應(yīng)用的最后一道難關(guān);拓展空間真空模擬測試新方向,實(shí)現(xiàn)真空粒子測試到衛(wèi)星材料真空效應(yīng)模擬測試的跨越,建成我國衛(wèi)星充放電真空模擬測試和整星仿真能力,為我國衛(wèi)星在軌安全運(yùn)行作出重要貢獻(xiàn)。

  他曾榮獲“國家有突出貢獻(xiàn)中青年專家”稱號(hào),獲國家杰出青年科學(xué)基金、國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、何梁何利科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)、航天創(chuàng)新獎(jiǎng)、航天貢獻(xiàn)獎(jiǎng)和我國真空科技界最高獎(jiǎng)中國真空科技成就獎(jiǎng)等各類獎(jiǎng)勵(lì)20余項(xiàng),出版學(xué)術(shù)專著6部、發(fā)表論文200余篇,授權(quán)發(fā)明專利40余項(xiàng),并于2021年當(dāng)選中國工程院院士。

  面對(duì)這些足以讓人仰視的成績和榮譽(yù),面對(duì)許多高校、一線城市拋來的“橄欖枝”,李得天只是淡淡地說:“地方好一點(diǎn)賴一點(diǎn),待遇高一點(diǎn)低一點(diǎn)都沒什么。能夠?yàn)閲易鳇c(diǎn)事,是最主要的?!?/p>