中宏网深圳3月31日电(记者 王帅 翟佳博)奋斗是中国航天人的底色,是创造航天奇迹的密码,是通往浩瀚星空的天梯。2021年是中国共产党百年华诞,也是"十四五"规划开局之年,也是中国进入航天强国行列的启程之年。
我们有幸邀请到中国工程院院士杜善义先生分享在航天建设层面的深入见解和实践经验,从航天材料--国产碳纤维应用入手,深入剖析粤港澳大湾区航天发展潜力和创新驱动力,结合航天强国的战略实现规划,对科研工作者提出更深远的要求。
院士介绍:杜善义,中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授,原中国航天科技集团高级技术顾问、中国科学技术大学工程科学院院长。杜院士长期从事飞行器结构力学和复合材料的教学及科研工作(碳纤维复合材料的应用)。
谈国产碳纤维应用:
"十四五"期间解决"卡脖子"问题
中宏网:杜院士您好,非常感谢您接受我们中宏网的采访,我们现在讨论一下关于航天材料应用方面的问题,您觉得复合材料的研发和应用取得了哪些成就?
杜善义:复合材料是材料大家族中的一个非常重要的成员,同时也是新型的材料之一,既有天然的也有人工的。我从我的力学研究领域关注到复合材料行业,就是因为复合材料它本身非常重要,特别是对国防和航空航天更为重要。要使装备结构重量轻,同时又能保证安全,这就需要选高性能、轻质化的材料,先进复合材料自是首选;另一方面航天器的工作环境很复杂,甚至是极端环境,可设计的复合材料是最有希望满足这种需求的。所以我的一个很重要的工作,就是研究推进先进的复合材料在航空航天的应用,在我们航天方面非常受到重视,火箭、卫星以及飞船等都广泛应用它。在航空及其他领域也越来越重视复合材料的应用。
在航空领域不管是无人机、客机、军用飞机、直升机等,飞机结构逐渐复合材料化。现在C919大飞机用了一部分复合材料,将来C929大飞机可能主要是复合材料,比如它的机身、机翼等,都要用到复合材料。我们正积极推进和推动这项工作。如果大面积推广复合材料应用的话,我们的航天器、国防装备,性能水平就提高了一大步。现在我们也积极推广复合材料在交通、海洋工程与船舶、能源、休闲等领域的应用,因为它能让装备变轻、节省能量、减少排放,更能降低成本。
碳纤维是复合材料中最有代表性、最重要的增强材料。碳纤维是一个过去我们"卡脖子"的事,但在国家和有关科技工作者及企业家关心下,从"十四五"期间开始去促进"卡脖子"问题的解决,现在可以说中国的碳纤维和国际水平差不多,只是在规模上我们有所欠缺。
谈大湾区航天发展方向:
在航天科技发展领域起带头作用
中宏网:您觉得粤港澳大湾区是否具备打造成一个航天领域创新中心的条件?
杜善义:粤港澳大湾区是国家一个很重要的发展战略,世界上所有的大湾区,首先在科技方面有很多带动,包括科学技术研究、基础科学理论研究、一些高水平科技企业等等。从科技发展这一方面来看,大湾区会起到带动或带头的作用。航天产业是我们国家发展的一张名片,也是最高端的装备之一,不仅要用到很多关键的基础科学理论,同时更要用到许多新材料、新器材、新技术。另外我们进一步地探索,比如说深空探测、载人登月等等。它们更需要一些新的科学知识,包括空间科学、空间环境探索,这些都需要科学方面的理论和先进的技术支撑,还要做一些高科技的工程,最后应用到市场。所以在这样的情况下,大湾区肯定是有责任、有义务、也要主动推进航天关键技术、关键理论、关键应用的发展。因为习总书记提出航天发展是要空间科学、空间技术与空间应用一体化发展,所以我想大湾区在航天一些关键核心理论技术方面会起到一定带头作用和贡献的。
谈中国商业航天发展赛道:
发射航天器和开放中国空间站
中宏网:我们都知道商业航天目前全球发展迅速,那么商业化运作在中国航天的发展和技术进步方面起到什么作用?
杜善义:航天本身是个高科技,必定要带动一批航天企业的发展。我们已经进入到商业航天的发展阶段,比如说北斗卫星,用处很多,具有巨大的经济效益,既能在应急监测、环境监测、导航、通讯等领域广泛应用,还能应用在国防领域。此外,通信与遥感卫星同样如此。在市场经济推动下,商业航天因为具有经济和科技价值,会迅速发展起来。
从整个商业航天来说,我认为主要是两大方面的市场,一方面是我们能够把航天器送到天上,把一些卫星、船、舰、器送上去。我们还能为其他国家去发射航天器,长征系列火箭发射成功就是我们进入太空的有力保证。另一方面,世界上真正能够研究航天和做出航天器、火箭的国家并不太多,将来中国会逐渐地降低成本,面向世界上百个国家,提供发射航天器和开放中国的空间站等商业服务。这些国家都希望通过借助航天基础设施,实现通信卫星、导航卫星和科学实验卫星的应用。因此,这些航天器或空间基础设施本身具有经济价值,将进一步发展形成航天产业。比如说,未来的航天运输就像飞机航班似的,人们能在亚轨道实现太空旅行;通过航天发展,我们还会带动一些其他的飞行研究,比如高速飞机。现在中国飞美国纽约或华盛顿需要12-13个小时,将来通过航天和航空结合诞生的新式飞机速度更快,两国之间的飞行时间可能只需要2-3个小时。
市场需求与航天发展是相辅相成的。我想商业航天的时代已经到来了,比如现在发射的长征八号目标之一是降低成本为适应商业航天应用。我们将来要发射一系列的商业卫星,主要是为了商业方面的应用去推动市场的应用,而市场需求本身会进一步推动我们通过创新提高性能、降低成本,所以商业航天会推动航天技术本身的发展。
谈航天强国规划:
2030年进入航天强国前列
中宏网:随着国家航天事业的发展,人们意识到太空将成为海陆空之后的有待人类开发的第四资源,您觉得"十四五"期间中国的航天业会是怎样的发展情景呢?
杜善义:我们人类对整个资源的运用是有一个过程的,第一个是陆地资源,也是最容易开发的资源,人类目前已经将它开发得差不太多了;第二个是15世纪左右开始开发的海洋资源;第三个是在上一个世纪的初期,人类发明了飞机,我们就开始利用10公里至20公里的空中资源。显而易见,从海洋资源到空中资源,需要一种颠覆性的技术,比如说,过去我要去美国,坐船需要一个月两个月甚至几个月时间,但坐飞机的话十几个小时就到了。就在上世纪中叶,卫星发射成功后,人类就进入太空,也就是人类的第四资源。这个资源的潜力是无穷大的,将来人类到火星、到太阳系的其他行星等等都可能成为现实。另外,人类还有虚拟的网络资源,这也很重要。
第四资源是一个人类共同拥有的资源,目前不能说月球是谁的,火星是谁的,因为这是一个人类共同资源,共同资源就是人类共同开发,主要用于和平的目的。在开发空间资源过程中,不仅是我们国家,还有其他国家,都在不断追求和解决很多的科学技术工程方面的问题,不仅是我们这代人,到你们年轻这一代人也不一定能够完成,需一代一代传下去,这是一个漫长的过程,需分步实施。浩瀚的宇宙空间,首先考虑太阳系,从地球到月球,再到火星等其他星球。我们选择最近的火星,因为火星和地球有很多相似的地方,它不像有的星球只有气体,有的星球可能就是液体,火星是一个有土壤、一个类地球的行星,所以根据这样的情况来看,国家非常重视航天的发展,总书记也多次号召要建设航天强国。
我们中国在航天强国建设方面有一个大致的规划,到2020年基本进入航天强国的行列,然后到2030年进到航天强国前列,到2045年成为航天强国,不是第一,就是并列第一。这样的话我们"十四五"期间有很大很多的重头戏,第一个重头戏就是发展进入航天的能力。长征系列火箭是最重要的运输系统,已发射363次。火箭技术不断进步,新型号如长征7号、8号及5号火箭已经成功应用,将来还要发展重型火箭,并实现火箭的重复使用。
在"十四五"期间,我们发展的重头戏,一个就是这种商业性的火箭,第二个就是重型火箭。我们已经开始投入研究、论证很多年了,是非常重要的标志,实际上长征5号就是航天强国一个很重要标志,到了长征9号,就是大标志。另外就是基础设施,去年6月份北斗三号最后一颗星已经发射了,北斗现在还要进一步地扩大应用领域,世界上有一百六十多个国家都开始使用北斗。我们北斗还是有很多优势和特色的,是完全可以跟GPS竞争。对地观察的卫星刚才讲了有很多用途,空间开发和市场需求会使我们的空间设施不断进步与发展。因为没有最好的空间设施,只有更好的设施。在空间设施中有许多发展空间,如分辨率、空间网络建设、在轨维修、服务等都可进一步提高。探月有许多工作要做,载人登月也是我们的梦想,将来要建立月球站等,对月球资源进行开发,如果能够成功,则是航天里程碑式的成就。还有深空探测,比如探索火星,到五六月份,天问一号就能够在火星着陆,我们有信心是能够成功的。因为我们捕捉火星轨道时间很快,也很成功,我国是世界火星探测中,首次一次性实现绕、落、巡的国家,从长远来看,也要把人类送到火星上。
我想这些都是航天发展的重要目标,另外就是商业航天再进一步的扩大成长。在"十四五"期间,从航天发展的角度看,我们可以进到世界航天强国的前列,"十四五"期间是一个很重要的阶段,是两个100年的交汇期,所以"十四五"期间我们走好的话,航天将来还会有一个更好的发展空间和基础。
谈科研工作者素质:
首要是为党和国家培养人才
中宏网:我们都很好奇,像您这样的楷模,您有没有欣赏的科学家,科学家具备怎样的品质和创新意识呢?
杜善义:我可不是楷模,科学家就是一个科技工作者,在某些科技方面做了一些贡献等等,我想我就是一个科技工作者,科学技术本身没有国界,是共性的东西,都是自然的规律,包括一些科学,一些技术的发展。但是科学家本身是有国界的,对科学家来讲:
第一,家国情怀很重要。一个科学家,首先得爱国,有这样一个家国情怀,你就有初心,有你的理想、目标和追求,没有这样一个情怀的话,他的科研搞不下去,也没有这种责任感继续做。因为科学研究需要很长的时间,要坐得住冷板凳,所以这可能是最重要的一个东西。
第二,从科学家本身的发展看,你需要去尊重科学,按照科学规律去进行研究,在你自己所从事的领域,不断地学习。我们中国有一句老话"活到老学到老",对科技工作者本身也是这样,我虽然是"80后"但还要继续学习,经常感到知识不够,特别是现在像航天方面有很多东西,我们还不够了解,还需要学习,这是很重要的。
第三,我想作为一个科技工作者,可能要有解放思想探索的精神,我不一定能做到,但是我觉得应该具备这样一个素质,因为科学的东西就是要去研究新的东西,而不是成熟的大家都会都懂的东西。所以他必须创新,要去解放思想,能够去敢想别人没想过的问题,敢去做别人没有做的事,要有一种敢于冒险的勇气,对于科技工作者来说,我觉得最大的风险是不敢冒险,不敢去面对风险。
第四,对一个科技工作者来讲,对人才的培养他应该非常重视,我讲过很多次了,我是一个教育工作者,也是一个科技工作者,所以我希望我的助手和我的学生都要超过我,否则社会怎么能进步,一定是一浪胜过一浪,科技发展速度越来越快,当代年轻人比10年20年以前在知识各方面要了解得多得多,对现代一些科学技术的动力,对人才的培养,特别是像航天这种应该说最高端的最复杂的装备之一,要用很多的这方面的知识,包括新材料知识、力学知识、控制技术、信息通讯技术、测试技术、动力技术等等,这些都需要大量的人才来做,所以实际上是个很大的系统工程,涉及到很多的学科,各种类型的人才,这种人才越多越好。
我想做一个合格的教育者或者一个科技工作者,他应该有一个重要的人才观,为党和国家培养越来越多能够在国家第一线科研作出贡献的人才,这些方面应该说是作为一个科技工作者要具备的素质,我没有做到,但是我希望大家都能做到。
中宏网:最后想请您分享一下给新一代中国航天人的寄语。
杜善义:我想在这样的新时代,中国很多领域都进入到一个新的发展阶段,航天更是如此,我们航天事业是一代又一代航天人艰苦奋斗造就的,我们要发扬航天精神、北斗精神、探月精神、载人航天精神,打好基础来推动我们中国航天发展成为航天强国,从而去带动经济和科技的发展。
杜善义院士(左三)莅临中宏网合影