坚持特色发展 助力航天事业
发布时间: 2011-12-29 浏览次数: 148

 

摘要:航天是当今世界最具挑战性和广泛带动性的高科技领域之一,航天产业已成为国家的战略高技术产业。东华大学作为唯一以现代纺织为特色的“211工程”重点建设高校,坚持以特色学科引领发展,“产学研用”协同创新,厚积薄发,攻坚克难,承接并成功研发了一系列高新科技材料,为我国航天事业的发展奠定坚实的基础。“十二五”期间,学校将继续发展传统特色学科的优势,创新体制机制,促进特色学科自身和学科间的和谐发展,为社会经济服务。

 

      航天是当今世界最具挑战性和广泛带动性的高科技领域之一,航天产业已成为国家的战略高技术产业。发展航天是增强我国经济实力、科技实力、国防实力和民族凝聚力的重要举措。

从“神五”的首次载人飞天到“神七”宇航员的“太空漫步”再到如今“天宫一号”与“神八”的交会对接,我国载人航天的“三步走”发展战略正在逐步实现,这其中离不开高校科技创新的强力助推。东华大学作为唯一以现代纺织为特色的“211工程”重点建设高校,攻坚克难,承接并成功研发了一系列高新科技材料,在我国的航天事业深深烙上了“东华印”。

一、坚持特色,发展特色

东华大学在60年的办学历程中形成了鲜明的纺织学科特色和产学研结合的办学特色。通过两者的良性互动,学校科技创新、服务社会的能力得到有效提升。

(一)特色学科引领发展

特色学科是学校发展的基础和财富。纺织、服装、材料等是学校的传统优势学科。2007年以来,学校牢牢抓住建设有特色高水平大学的发展目标,坚持以学科建设为龙头,坚持“增强特色、拓宽基础、加强交叉、按需发展”的学科发展战略,集中力量做大做强优势学科,学校资源向纺织、材料、染整、服装四个国家重点特色学科集中,特色学科优势凸显。“十一五”期间,纺织学科拥有的国家级、省部级学科基地实现对整个纺织学科链和产业链的全覆盖;“纺织科学与工程”2007年成为国家一级重点学科,2009年蝉联全国该学科排名第一;连年获得全国百篇优秀博士论文,包揽了该领域的全部全国百篇优博论文,生均获奖指数名列上海高校第一;纺织类三大检索论文总数名列世界十所著名同类院校第一。优势特色学科水平和实力进一步提升,已具备成为国际一流学科的基础。

在特色学科茁壮成长的基础上,学校坚持“特色带整体,整体促特色”,依靠优势特色学科,通过“自筹学科建设经费、采取学科特区制、与重点建设学科的交叉融合”等新机制,推动其他非传统特色学科的迅速发展。学校现有5个国家重点学科、7个上海市重点学科,5个博士后流动站、7个一级博士学位授权点、24个一级硕士学位授权点、53个本科专业,涉及十大学科门类。2011年,工程、化学、材料和物理等4个学科分别进入ESI国际基本科学指标数据库相应学科领域的世界前1%

新时期,学校继续把目光聚焦于国家和地方建设,通过学科交叉集群,实施学科的“按需发展”。学校以12个专业学院为依托,建设“新材料、节能环保、先进制造、时尚创意设计、现代服务”五大学科群。2010年又成立“东华大学研究院”,为学科交叉打造系统的合作平台。一个“有特色、多科性、服务于创新型国家建设”的新型学科框架正在形成。

(二) “产学研用”协同创新

作为新中国第一所纺织高等学府,学校在参与纺织大国建设的进程中与我国的纺织工业形成了自然的紧密联系,对我国纺织业具有很大的渗透力和影响力,并形成了产学研结合的办学特色。学校通过“课题—研究—开发—应用”结合的长期实践,构建了与现代纺织、高新材料等产业相对应的学科链,研发的系列高科技成果不仅对接着国家战略需求,提升着人民生活品质,还促进着相关产业结构调整和能级提升。

进入21世纪后,面对国家要从纺织大国进一步成为纺织强国的时代呼唤,学校坚持“急国家所急,想国家所想”,“以服务求支持,以贡献求发展”,注重围绕国民经济和社会发展的重大需求,充分发挥特色学科优势,积极发展与特色学科相关的国家及教育部的科研基地,构筑为行业服务的平台;与企业、科研院所强强联手,合作组建联合研究中心、产品研发基地;联合承担重大高新技术产业化项目,通过“产学研用”协同创新研发出系列高科技成果,广泛应用于纺织、新材料、建筑、环保、医药、农业、航空航天和国防等领域。

“十一五”期间,学校科技创新、服务社会的能力显著增强。一批科研项目分别入选国家“973计划、“863”计划、科技支撑计划、国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年基金项目、教育部创新团队发展计划、高校科技创新工程重大培育资金项目和上海市重大、重点研究计划项目等;2007年以来获得国家科技奖12项,并实现学校在国家发明二等奖、上海市自然科学一等奖上零的突破;有效专利数在全国高校中排名第12位;国家级和省部级科研基地增至13个。科技成果中,既有推动社会经济发展的“立地”项目,如上海市“科教兴市”首批29个重大科技攻关项目Lyocell绿色纤维等,更有事关国家战略安全和航空航天事业的“顶天”项目,如成功应用于“天宫一号”、“神舟”系列飞船等航天工程的玻璃纤维经编网格、舱外航天服外层防护材料、舱内外航天服暖体假人等成果。

二、厚积薄发,助力航天

学校依托纺织、材料、服装等重点学科,厚积薄发,攻坚克难,承接并成功研发了一系列高新科技材料,为我国航天事业的发展奠定了坚实的基础。

(一)为飞行器护航

20119292116分,承载着中国人宇宙梦想的“天宫一号”点火发射,25分,“天宫一号”进入预定轨道,28分,太阳能电池帆板展开……“天宫一号”用其“完美翅膀”开始遨游太空。这一翅膀正是由学校产业用纺织品教育部工程研究中心主任陈南梁教授领衔的团队,与南京玻璃纤维研究院等单位强强联手,进化了传统的纺织技术,研制出的“半刚性电池基板玻璃纤维网格”(下简称“半刚玻纤网格”)羽化而成。

“半刚玻纤网格”是一种以玻璃纤维为原料、采用经编工艺生产的高密度高品质经编织物,主要用于安装“天宫一号”电池帆板。和以往高轨卫星不同,“天宫一号”在空间站低轨环境飞行,该空间原子氧含量极为丰富,这要求电池帆板不适合像往常那样粘在合金材料上;而且低轨道环境中太空垃圾很多,电池帆板的支撑材料必须抗冲击。由学校研制的“半刚玻纤网格”,不仅让电池帆板在发射飞行的巨大震动中可以稳稳“抓牢”网格,还帮助电池帆板成功“瘦身”,让“天宫一号”飞得更轻盈。

除了“半刚玻纤网格”,学校研发的“航天级高纯粘胶基碳纤维”、“高性能介质玻璃封装材料”、“仪表特种玻璃”等均为航天飞行器的运行提供保障。其中,“航天级高纯粘胶基碳纤维”采用国产原丝,自主研发了有机和无机混合催化体系、连续钝化工艺、空气介质低温热处理和两段排焦等原创技术,解决了六大关键技术难题。

事实上,“航天级高纯粘胶基碳纤维”的攻关之路并不平坦。“碳纤维、高强高模聚乙烯纤维、间位芳纶”被公认为世界三大高性能纤维,广泛地运用于“国防军工、航空航天”等高科技领域。但长期以来,少数发达国家对其实行技术封锁和市场垄断。为了实现我国高性能纤维从“无”到“有”和“产业化”,国家科技进步奖获得者,学校材料学院碳纤维课题组负责人潘鼎教授及其团队临危受命,不分昼夜,做了无数次实验,最终践行承诺。目前该材料已在学校形成规模生产,工艺成熟、产品质量稳定,深得航天军工部门的好评。

由学校高级工程师韩文爵领衔的团队研发的“高可靠钝化玻璃”通过军工基地做成军标器件产品用到“神舟”系列航天载人飞船的多处组件上。将该种玻璃用在控制系统大功率整流器件上,能提高大功率整流器I/V硬特性,抵抗太空中因过高高温和过低低温变化剧烈引起的炸裂,还能防止太空光子、中子、质子等粒子的强辐射,保证控制精度和显示成像。

另外,“无毒轻质防火隔热材料”是用于空间飞行器蒙皮内衬的一种轻薄型隔热复合材料。该材料采用“云片糕”式结构,将不同性能的材料叠层复合,使其具有耐温、耐湿、耐高低温冲击、绝缘性高、导热系数小、厚度薄、表面辐射率低、无毒性等14项优异性能。

(二)为航天员解忧

学校除了致力于为航天飞行器保驾护航,就连宇航员“最贴身的保护”也考虑在内。由学校袁琴华教授领衔的团队研制的HYF航天卫生材料系列产品”为“神舟”系列航天员起飞、返回以及出舱工作提供了不同版本的“技术支持”。

在宇航员开展太空之旅过程中,由于太空失重状况,其生理排泄不免成了大问题。于是,“太空方便”课题在1992国家“921”载人航天工程研究项目确立伊始,便列为研究课题。学校在“神五”时,开始承接航天员尿液收集装置的研发工作,先后研发出“HYF尿收集装置”Ⅰ型和Ⅱ型,分别运用在“神五”、“神六”飞船上,为航天员的生活提供保障。

在研制的最初期,按照技术要求,该收集装置必须达到对人体24小时的尿量迅速完全地吸纳,不反溢,要减少氨气对航天员的毒害,要对人体皮肤无伤害。学校发挥材料与染整学科所长,从研究人体尿液成分开始,试验了无数种吸湿材料、抗菌材料,最后以8种纺织材料复合而成这种吸尿量大、吸收快、抗菌除臭且脱卸方便的高效“尿不湿”内衣。

与“神五”、“神六”不同的是,“神七”航天员要出舱活动,这对学校的尿收集装置研制提出了更高的要求。为了让航天员们出舱工作更舒适,“神七”尿收集装置首先进行了减重,并且考虑了吸收尿量更快、更大,而且加压也不会溢出来。目前,该项成果已申请国家发明专利,具有完全自主知识产权,并已定型生产。

除了尿收集装置给予宇航员最内层的呵护外,学校研制的“舱外航天服防护材料”也为宇航员提供了最外层保护。“神七”航天员需在舱外作业20分钟,舱外环境之恶劣非一般人所能想象,两分钟内温差就达到300度,大气压为0,有无数流体粒子的撞击。因此,“神七”舱外服与“神五”、“神六”的舱内服相比:舱内服只有十几公斤重,舱外服则要达到120公斤,它的作用远远超过肌体保护,不仅要为航天员出舱提供适当的大气压力、足够氧气、适宜温湿度,而且要具备防辐射、防撞击、保障通信的诸多功能。可以说它不仅是衣服,而是一套功能完备的系统,它必须成为一道阻挡一切威胁的坚固屏障。其中,它的外层防护材料则是这道坚固屏障功能展开的关键。

学校自承担这一国家“863”计划项目研究起,校领导就亲自“点将”9个学科的相关专业人才,最终研究出了保障宇航员太空安全行走的特殊防护材料。该材料在抗高温、抗辐射等指标上实现了突破。而且,这一将高性能纤维材料、现代高科技的织造技术以及材料涂覆技术有机结合的材料,软硬适中,制成后,整个外壳的重量不超过100克,十分轻便。

航天服制造技术的瓶颈——外层防护材料问题解决了,航天服制造出来了,但是是谁第一个穿上它?答案不是航天员,而是“暖体假人”。因为直接让宇航员试穿航天服,有着巨大的风险,此时,由学校张渭源教授和他的团队研制的黑色仿生假人——暖体假人就承担了替航天员“吃螃蟹”的光荣任务。

作为一种航天员产热与散热规律的模拟系统, 身高1.68的暖体假人能模仿人在不同状态下的代谢反应以及应有的皮肤温度,以此来定量化地测评航天服的热学性能。2009年,学校的该项研究成果获年度中国纺织工业协会“纺织之光”科技奖二等奖。在“天宫一号”空间站建设的未来的项目中,学校的暖体假人仍将大展身手。

另外,值得称道的是,暖体假人家族最近又添新成员——东华火人(燃烧假人)。20119月,历时3年建设的国内首个燃烧假人实验室在学校建成。该实验室包括模拟中国人体型构造、身高1.75米,全身均匀分布135个高温传感器,可在不同活动姿势下精准感知高温热流、精确预报身体皮肤烧伤程度的燃烧假人,以及高仿真模拟火场高危环境的燃烧模拟环境实验室。燃烧假人系统对于研发热防护新型服装材料,科学合理设计热防护装备,有效遏制火灾、战场和热辐射等危险环境对人体造成的热伤害具有重大的科学价值。

细细数来,从为国家一号战略武器作出重要贡献的“航天级高纯粘胶基碳纤维”,到在“神舟”系列载人航天飞船中得以应用的“舱外航天服外层防护材料、舱外航天服暖体假人系统、高可靠钝化玻璃、宇航员排泄物收集装置”,直至为“天宫一号”编织能源动力“翅膀”的“半刚性电池基板玻璃纤维网格”……,在航天技术领域,学校的科研人员不懈努力,取得了不菲成绩。而所有成绩的取得均与学校“有特色、多科性、高水平大学”的办学理念密切相关,是学校60年办学历史深厚积淀的结果。

三、借力航天,和谐发展

“十一五”期间,学校按照“重点投入、重点建设、重点突破”的思路准确定位,集中人力、物力和财力,拓展特色学科的优势,取得了一系列科研成果,充分体现了学校助力国家航天事业的优势,也发挥了学校在国家创新体系中的作用。

(一)百舸争流齐发展

学校将继续转变传统观念,突破学科界限,促进材料和纺织这两个“强强学科”学科之间的融合,将传统的“纺织”纳入到“材料”的概念,延伸到国民经济发展的各个领域,更好地为社会经济服务,让人们从新的视角认识东华,关注东华,这也是对传统优势学科的突破和发展,使传统优势学科焕发青春,并形成“特色带整体,整体促特色,特色与非特色之间互相支持、共谋发展、相得益彰”的学科建设新局面。

(二)科技创新谱新曲

学校一直致力于“聚焦国家、行业、地方重大需求和科技创新重大任务,积极承担973863、支撑计划等国家和地方重大、重点项目,进一步提升学校服务国家、地方战略,承担国家、行业、地方重大任务的能力”的科技创新目标,在助力国家航天事业的同时,学校也充分借力于航天事业,依据国家和地方中长期科技发展规划纲要,瞄准高新技术产业化和战略性新兴产业发展,以及国家纺织产业科技创新等需求,结合“985”优势学科平台、“211工程建设项目等,依托国家和部省级重点实验室和工程研究中心,强化学校层面东华研究院交叉学科平台、学院层面学科核心平台以及科研基层组织层面的学术团队建设,形成高水平科技创新体系。

 “十二五”期间,学校将继续从助力中借力,在借力后继续助力。不仅继续发展传统特色学科的优势,创新体制和机制,促进特色学科自身和学科间的和谐发展,并努力形成新兴学科与传统特色学科不断交叉融合,和谐发展。为学校形成高水平大学建设的学科生态基础,在航空航天、国防建设、大飞机制造、节能减排、新能源开发等更多关键技术领域为创新型国家建设作出新贡献。

            

                                      (作者:沈洁、张燕、崔敏华、张庆华)