作者:康劲 来源:工人日报 发布时间:2021/8/9 9:24:05
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“科学探索就是要坐冷板凳、啃硬骨头,当国家有需要的时候,就要挺身而出”,“核高基”项目首席科学家刘杰——
相伴“中国龙” 守护“航天芯”

 

成功!国产电子设备和航天芯片又一次抵御了太空辐射!

7月4日下午,经过约7小时的舱外工作,圆满完成出舱任务的航天员刘伯明、汤洪波安全返回天和核心舱……

地球上,在甘肃兰州的一个安静院落里,中国科学院近代物理研究所研究员刘杰仰望深邃的苍穹,用一抹浅浅的微笑,为天宫空间站送去祝福。

近30年来,就是在这个院落里,伴随着中国载人航天工程的铿锵步履,作为国家重大科技专项“核高基”(“核心电子器件、高端通用芯片及基础软件产品”)项目的首席科学家、“悟空”卫星塑闪阵列探测器主任设计师,刘杰主持完成了国内400多家单位(次)、几万颗芯片的测试评估,为“嫦娥”“北斗”“天宫”等航天器的大规模国产化集成芯片提供了重要技术支撑,默默演绎着浪漫的奋斗故事。

今年4月,作为“全国五一巾帼奖章”和“全国五一巾帼标兵”获得者,刘杰光荣地走进了人民大会堂。

神秘的“中国龙”

人类从未停止探索宇宙的步伐,但每一步都险象环生、步履艰难。

在许多人的印象中,地球之外的太空,宁静而安详,但是真实的宇宙,暴躁而狰狞。当火箭将卫星送入太空,勇敢地冲破大气层的时候,空间辐射也会汹涌而来,所有的电子设备和航天芯片都会成为单个高能宇宙射线的攻击目标,严重威胁航天器在轨运行的安全。

“风云一号”气象卫星是中国研制的第一代极地轨道气象卫星,但是第一颗卫星仅仅服役了39天、第二颗卫星服役了165天,都没有达到预定工作寿命。中国科学家在很长时间找不到卫星姿态失控的原因。

“风云一号”卫星故障地面复演实验任务交到了刘杰的手里。她和3名同事临时搭建实验平台,两天两夜近40个小时没有合眼,最终证实卫星故障的原因是:太空辐射导致计算机主板工作异常,造成卫星姿控系统故障。

“随后,我们利用重离子加速器大科学装置,在地面模拟出空间辐射环境,开展电子元器件抗辐射性能的检测和评估。”刘杰回忆道。

刘杰所说的重离子加速器,作为国际一流的大型核物理实验装置,在许多人眼中就像一条神秘的“中国龙”。

依托这条“中国龙”,刘杰和团队成员建立了两套单粒子效应地面模拟装置,具有国际一流技术指标,为保障航天器安全运行,建设科技强国走出了关键一步。

“悟空”的回答

随着中国宇航员进驻天和核心舱,许多人都非常关切核心舱的寿命。

虽然,目前还没有统一答案,但一颗名为“悟空”的卫星,或许可以给出回答。

2015年12月,暗物质粒子探测卫星“悟空”在甘肃酒泉发射成功,曾引起国内外广泛关注,被称为“开启了中国空间科学时代”。

许多人也许不知道,就在“悟空”升空前,作为“悟空”卫星塑闪阵列探测器的项目负责人和主任设计师,刘杰带领团队和“悟空”相伴了1500多个日夜,通过高标准的设计、近于严苛的测试与计算,终于在探测器大动态范围、塑闪晶体温度变形设计、多路前端电子学,以及大规模集成芯片可靠性等方面,实现了关键技术的突破。

“我们承担的核心任务,在物理性能和工程可靠性上,99.99%的成功都是不合格,我们用100%的满分交卷,实现了对航天芯片安全性、可靠性的极致追求。”刘杰说,当看到评价我们“超过国际同类探测器”时,我们知道,距离科技强国的梦想,又更近了一大步。

每一次的进步,都需要科学家付出超越常人的艰辛。

在观测重离子潜径迹实验中,人员走动会产生干扰信号。白天干扰太多,刘杰就在夜深人静的时候做实验,整整大半年时间,每晚重复着单调乏味的操作,直到最终获得异常清晰的原子分辨潜径迹图像。

有一次,要将几十片宽5毫米、厚30微米的非晶态合金表面打磨成镜面。刘杰用指尖轻轻粘起,一遍一遍打磨,再用绒布和丝绸抛光,整整3个月时间,直到有一天,她吃惊地发现自己手上的指纹已经被磨平了……

甘坐冷板凳,闯过“无人区”

1985年,20岁的刘杰从北京师范大学物理专业毕业,回到家乡兰州,走进中国科学院近代物理研究所,边读研边工作。

刘杰回忆说:“攻读博士时,我选择了无人关注的冷门课题——宇航电子元器件单粒子效应研究。当时这个项目没有经费、没有实验条件,论文成果也不容易发表……”

“科学探索就是要坐冷板凳、啃硬骨头,当国家有需要的时候,就要挺身而出。”刘杰说。

科技进步的跨越式发展,往往呈现出“井喷式效应”——多年的探索、无数人的努力、时代的需要、个人的准备往往汇聚在一个关键点,只待一声令下,万箭齐发。

刘杰总感觉自己就是这样一支“箭”。

经过半个世纪的努力,在杨澄中、魏宝文、詹文龙、夏佳文、赵红卫等三代科学家努力下,1988年12月,兰州重离子加速器建成出束,1991年8月,兰州重离子加速器国家实验室建成,标志着我国回旋加速器技术水平进入国际先进水平,也开辟了我国中能重离子物理基础研究和应用研究的新领域。

正是在这样的时代召唤下,年轻的刘杰与“风云一号”悄然而遇。此时,我国载人航天工程 “三步走”战略开始起步。这以后,伴随历次“神舟”和“天宫”飞行任务,天地往返、太空出舱、交会对接等关键技术所需要的航天器国产化集成芯片的测试评估,接踵而来。

30年过去了,作为团队带头人,刘杰通过不断提升实验技术能力和效率,在研究重离子潜径迹形成机制、高压下地质材料辐照效应等方面的技术参数达到国际先进水平,同时先后培养了23名博士生、6名硕士生。

走进兰州重离子加速器国家实验室,偌大的展厅中,中国重离子事业奠基人杨澄中院士的雕像居中伫立,走进这里的年轻科学家总会在雕像前虔诚敬礼,表达对老一辈科学家的钦佩。

“现在,我们材料中心的研究团队平均年龄33岁,是一支充满活力、团结奋进的科研队伍。”刘杰很欣慰,科学家精神薪火相传。

 
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