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白日放歌科研路 青春作伴砥砺行——记无毒推进剂过氧化氢催化技术工程应用研究历程(《中国科学报》2019-07-02)

  來源:《中國科學報》

  發布時間:2019-07-02

  ■丛静 徐德祝 丛昱

  伴随着科技领域深化改革的春风,1998年,中國科學院率先实施知识创新工程,中國科學院大连化学物理研究所(以下简称化物所)有幸成为试点单位,迎来了新一轮的发展高潮,捷报频传。我们所在的催化与新材料研究中心也在这时开展了无毒推进剂过氧化氢催化分解技术的研究,历经十年拼搏磨砺、艰苦攻关,完成了国家重大工程项目的试验任务,并获得了2008年国家技术发明奖二等奖,为化物所知识创新工程添上了一抹亮彩。

  多年之後,我仍會回想起2002年秋的那個夜晚。當時已是夜裏12點了,化物所山上的一間平房實驗室依然有燈光隱隱透出,時任研究組組長的張濤老師和幾位年輕技術人員在開會討論新型引射氣源技術的工作。那時那刻討論的具體話語已記不清晰,但那夜的燈光仿佛就在眼前,如卷畫面,曆曆在目。

  從零開始

  1996年,爲解決當時國家某重大科研任務面臨的難題,張濤老師根據長期從事肼分解研究的理論和經驗,提出將無毒推進劑過氧化氫分解技術應用于新型氣源的設想。當時國內外都沒有相關文獻信息,可參考的資料非常少,這一設想能不能實現、如何實現,巨大的難題擺在了研究組面前;同時,對外申請課題也是處處碰壁,遲遲得不到立項支持。

  在這種情況下,張濤老師認爲無毒推進技術是以人爲本,保護環境,未來必將具有不可替代的優勢。因此研究組自籌經費,組織開展了過氧化氫分解等多項無毒推進的研究工作。事後看來,當時張濤老師的決定可謂是高瞻遠矚、未雨綢缪。

  到化物所實施知識創新工程時,過氧化氫催化分解項目得到了首屆化物所知識創新工程基金的支持。研究組抓住這一契機,迅速開展新型驅動氣源的開發工作,其核心問題是高效能催化劑的研制。在研制過程中,團隊優選了一種三元複合金屬氧化物催化劑,成功降低了工程應用成本;在此催化劑基礎上,進行了大量氣體發生器試驗,並完成了新型氣源的概念設計,進而開展工程化研究。在國家“863”課題持續不斷的支持下,過氧化氫催化分解技術終于邁出了從無到有、從小到大、從概念設計到工程應用的堅實步伐。

  初戰告捷

  經過數年的前期准備和大量的探索性試驗,2000年我們對單台氣體發生器的考核已經過關,具備與總體引射器對接進行聯試的能力,2001年便開始著手准備與總體單位開展引射氣源原理性試驗。

  由于對接試驗所用催化劑用量較大,且試驗時間緊張,原來實驗室級的催化劑制備規模滿足不了工程要求,催化劑必須從百克制備量級放大到百公斤制備量級。研究組又迅速開展了催化劑放大的工作。當時向八室借了一台2米長的焙燒爐用于催化劑焙燒,其他工序在原來我組實驗小樓最底層完成。經過緊張的籌備和生産,催化劑如期保質完成,保證了項目的順利進展。

  合作總體單位在四川一座大山深處,只有一條蜿蜒曲折的道路與外界相連。2001年夏天,我們幾個年輕人第一次來到聯試試驗現場。到了現場大家才發現,給我們准備的試驗場地和實驗室可謂是“家徒四壁”。幾個人花了大量時間做准備,所需一切用品都由參謀帶我們去幾十公裏外采購。

  聯合調試前,我們經常白天參加技術人員的討論會議,確定試驗方案,晚上和參試官兵、工人連夜安裝調試,第二天進行試驗。如此反複,經過充分論證,以及前後兩個多月的精心准備,我們的原理驗證試驗順利完成,取得了初戰勝利。

  再接再厲

  隨著工作的進展,氣源設計輸出功率繼續放大,其工程化的特點愈加顯著,同時在實踐中不斷出現難以預料的問題。

  一次聯試時,發生器的支板破裂,在擠推壓力下,裏面的催化劑像水柱般噴湧而出。我們緊急加班趕制了40多公斤催化劑,填補空缺,試驗才得以繼續進行。爲解決這一問題,張濤老師帶領大家討論,提出限位結構的辦法,有效防止了催化劑材料在發生器中破碎,取得了工程實現的效果。

  凡此種種,無不表明工程化應用過程是一個不斷發現問題,不斷解決問題的過程。成功沒有捷徑,我們一步一個腳印,向目標邁進。

  2003年,在新型氣源樣機研制的關鍵時期,SARS突然暴發,總體單位要求我們“後牆不倒”,必須按期完成任務。當時研究組在金家溝建立了新的催化劑生産線,那裏的實驗室沒有固定電話,沒有手機信號,更沒有食堂,被我們稱爲“世外桃源”。

  催化劑到位後,就是緊張的現場設備安裝調試。當時張濤老師任副所長,工作安排較多,但他仍然經常到現場和大家討論工作,重要的試驗都參加。好幾次他從成都下飛機再到試驗基地,都是半夜才到招待所。一次,張濤老師從調試台不鏽鋼梯子上滑了下來,腰閃到了,一連幾天都見他用手扶著腰。還有一次徐德祝從調試台上下來時,一腳踩空,整個人摔下去,臉摔破了皮,牙齒也磕斷了。這都是連續長時間加班身體疲勞導致的,但大家全部的注意力都在工作中,沒人喊苦喊累。

  有一次,水擊壓力把流量閥頂漏了,當時控制屏幕顯示過氧化氫儲罐溫度急劇上升,有極大爆炸危險。隨著屏幕上紅色數字的跳動,每個人的心髒也在縮緊。張濤老師一個箭步沖到過氧化氫儲罐前,伸手去摸不鏽鋼罐體溫度,然後從容地告訴大家:實際罐體還是涼的,說明電控系統有誤。經檢查發現,是水槍把部分控制線路淋到了,現場衆人不由得長出一口氣,同時也對張濤老師的果敢與勇氣深感敬佩。

  在試驗調試過程中,我們還自己繪制了工藝流程CAD仿真圖,依據該圖可以校正管路、零件的連接錯誤,並且能直觀地看到流程系統各部分情況,令人耳目一新,更讓以工程爲主業的總體單位感受到化物所的綜合技術實力。

  我們的團隊就這樣邊試驗邊總結經驗教訓,邊進行新一輪的設計和建設,兩期工程樣機都先後投入運行,參加了外場全系統演示驗證試驗。

  完美收官

  最後的外場試驗基地位于茫茫大漠,距離機場好幾個小時的路程,沿途所見都是戈壁和荒灘,仿佛與世隔絕,一路上只有大大小小的龍卷風相伴。環境雖然惡劣,但因爲我們前期試驗准備充分,聯試時與其他系統實現了完美對接,試驗結果非常圓滿,也充分證明了我們技術的科學性和可靠性。由我們研究組開發、研制的兩期新型氣源樣機,先後兩次參加聯合演示驗證試驗,在試驗中發揮了巨大作用,完成了國家重大試驗任務。2009年1月9日,人民大會堂,張濤老師從國家領導人手中接過了國家科技發明獎二等獎的獎狀。

  回顧整個項目過程,壓力和困難很大,新問題不斷湧現,但張濤老師沈著樂觀,帶領我們一路披荊斬棘,給了我們極大信心,團隊裏始終洋溢著奮發向上的精神。大家的潛能不斷被挖掘,一步步向前,一點點成長。十年磨一劍,直至圓滿完成任務。

  還記得某次階段調試成功後,張濤老師在一次所大會上說,“……階段工作,由幾個平均年齡不到30歲的年輕人完成……”,現在,年輕人已經成爲年近50歲的人了。山不厭高,海不厭深,在時光的穿梭中,我們催化與新材料研究中心幾代人的精神,仍在繼續著,也將永遠延伸和發揚!

  作者簡介:

  叢靜,女,1974年生于遼甯省,高級工程師,催化與新材料研究中心肼分解催化劑組科研人員。

  徐德祝,男,1968年生于山東省,正高級工程師,現任催化與新材料研究中心固體推進技術研究組組長。

  丛昱,女,1969年生于黑龙江省,研究員、博士生导师,现任催化与新材料研究中心碳氢燃料与催化应用研究组组长。

  以下是該媒體報道地址:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/7/347355.shtm

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