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高压球阀如何使用与维护?
更新时间:2016-10-31 11:21:05

高压球阀如何使用与维护?【已解答】

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李得天:勇攀真空计量峰 共筑国防科

    发布时间:2018-03-17 02:19

  随着科技和经济的发展、社会的进步,真空计量学的重要性已日益凸显,不仅是真空科学的重要组成部分,也已发展成为计量学的一个新的独立分支。作为我国真空测试计量技术及仪器领域专家,中国航天科技集团五院五一○所副所长李得天,长期以来扎根于我国西北的国防科技工业真空一级计量站,在真空计量的高峰开拓创新、不断前行。

  从我国首台超高/极高真空校准装置,到我国首台空间用双通道磁偏转质谱计、正压漏孔校准装置等多台(套)国家或国防最高真空计量标准和测试仪器,多年来,李得天走出了一条另辟蹊径的自主创新之路,不仅取得了一系列具有自主知识产权的原创性成果,而且还广泛应用于航天、航空、核工业等领域,为我国国防科技建设做出了杰出贡献。

  2016年1月9日,由李得天带领团队完成的项目“高精度微小气体流量测量新技术及应用”获得了2015年度国家技术发明奖二等奖。

  “这是国家对基础研究的认可。”获奖之后李得天如是说道。该项目中,他带领团队攻关克难,解决了航天、核工业等领域对微小气体流量的精确测量难题,为载人航天、月球探测等国家重大工程起到了重要的保障作用。

  “探索浩瀚宇宙、发展航天事业、建设航天强国,是我们不懈追求的梦想。”在对首个“中国航天日”做出重要批示时,国家主席习强调。

  近几年来,我国载人航天、月球探测等太空计划不断加快进程。来自中国航天科技集团公司的数据显示,过去5年,该公司现役运载火箭完成了近90次发射,将近140颗国内外的航天器送入太空,而在“十一五”期间,只有60颗。如今,在“十三五”开局之际,中国载人航天工程又投下了一枚“重磅炸弹”。按计划,中国将于2016年第三季度择机发射天宫二号空间实验室,第四季度将发射神舟十一号载人飞船,与天宫二号对接,进行宇航员在太空中期驻留试验。

  如此紧锣密鼓的太空任务,也给航天工程带来了更加严峻的挑战。“尤其当我国载人航天工程立项之后,对飞船的舱门和对接面的密封检漏提出了更严格的要求,舱门检漏仪器及其计量标准的研制工作迫在眉睫。”李得天说道。此次的获奖项目便是针对高精度微小气体流量测量。

  关键就在于“检漏”。航天员要在太空飞行多天,期间,航天员要从返回舱进入轨道舱,再由轨道舱回到返回舱,此外还要出舱活动,一进一出都需打开和关闭舱门。航天员在舱里要生存,必须保证维持其正常生活的气体不能泄漏,否则就等于将航天员直接暴露在真空的环境下,随时会有生命危险。因此,精准快速地检测舱门的密封性至关重要。

  “漏率是衡量舱门密封性的关键指标,漏率小则密封性好,反之则密封性差。”李得天说道。尽管没有任何文献可以参考,但李得天仍然带领团队开始了夜以继日的科研攻关。

  “世上无难事,只要肯攀登。”历经10余年的持续研究,李得天团队根据压力变化和漏率之间存在的对应关系,终于成功研制出了舱门快速检漏仪。检漏仪自动完成全部检测时间不到8分钟,实现了对舱门和对接面的快速、准确检漏,不仅在最短时间内完成了任务,还保证了航天员的在轨生命安全。

  此后,检漏的要求不断提高,所需要检测的量级也越来越低。“检漏不仅要能测量出漏率,还必须要有相应的计量标准,证明检漏所测量的值是准确的。”随后,李得天的团队提出新的方法,建立了我国首台恒压法正压漏率测量装置,解决了舱门快速检漏仪精确校准难题。如今,该装置已成功应用于神舟八号、神舟九号、神舟十号载人飞船以及天宫一号目标飞行器,为我国载人航天工程顺利实施提供了重要保障。

  标准的本质是统一。正如日本著名质量管理专家石川馨教授在总结日本质量管理经验时说:“没有标准化的进步,就没有质量的成功。”在真空计量学领域,标准的建立同样至关重要。

  超高/极高真空校准一直是真空计量领域研究的热点和难点之一。之前,只有美国NIST、德国PTB和日本NIMJ建有超高/极高真空标准,均采用分子束法和压力衰减法校准,并以低温手段获得极高真空,测量不确定度大,而且运行成本非常高。与此同时,我国不断加快的探月工程也对超高/极高真空标准提出了迫切需求,建立我国自己的超高/极高真空计量标准刻不容缓。

  作为我国国防科技工业真空一级计量站领头人,从20世纪90年始,李得天就义无反顾地带领着团队向着这一目标奋进。

  配套条件差、关键设备缺乏、可借鉴的经验极少……尽管我国极高真空计量研究因起步较晚,困难重重,但李得天也没有丝毫退缩,而是选择了迎难而上,向极高真空计量的顶峰迈进。

  抓住一切可利用的时间和条件,他跑遍了周围大大小小的研究所,翻阅了无数资料,最后终于找到了突破口——提出了分流法校准。

  利用分流法校准超高/极高真空和室温抽气获得极高真空的技术方案,李得天最终突破了超高/极高真空校准领域的技术瓶颈和技术封锁,实现了技术途径的整体创新,自主设计研制成功我国首台超高/极高真空标准装置,将我国真空校准能力的下限首次延伸至10-10Pa的极高真空范围,及时为我国月球探测、受控核聚变装置等国家重大科技工程提供了重要的技术支撑和计量保障服务。

  这一创造性成果也得到了国际同行的广泛赞誉。相关论文在真空科学领域国际顶尖学术期刊J.Vac.Sci.Technol.上发表后,出版当月便在统计的下载量最多的20篇论文中位列第3。论文审稿人认为:“他提出的分流法校准方法,校准下限达到了极高真空范围,校准范围宽,测量不确定度小,校准装置不需要采用低温抽气手段,操作容易,是近年来在极高真空研究领域很有意义的一项工作。”2012年,欧洲发布的计量研究规划将极高真空计量列为今后发展的重点,而李得天的这项工作也被作为重要参考依据。相关成果还获得了国防科技进步奖一等奖,核心专利获中国专利优秀奖。

  静态膨胀法真空标准装置具有操作简单、测量不确定度小的优点,经过百年的探索和研究,包括我国在内的多个国家已将该标准作为真空计量基准器具。然而,由于真空容器内壁放气影响,该标准的校准下限仅为10-4Pa,无法实现对超高真空的精确校准。包括美国、日本、德国在内的多个国家计量技术机构长期致力于该项技术瓶颈攻关,提出了采用高温烧氢除气、内表面镀膜等方法减小内壁放气,但一直没有取得实质性进展。

  面对这一国际性技术难点,李得天带领科研团队开展了深入细致的分析、理论研究、设计和实验验证工作。经过多年技术攻关,团队突破了静态膨胀法真空标准装置校准下限的延伸、真空容器容积及容积比的精确测量、极小漏孔检漏、真空材料除气及出气率测量等一系列关键技术,并研制出了新一代静态膨胀法真空标准装置,校准下限比目前已报道的国际同类标准装置的最好水平(10-5Pa量级)向下延伸了2个数量级,首次达到10-7Pa量级的超高真空范围,实现了采用静态膨胀法对超高真空规的精确校准,从根本上解决了近百年来困扰静态膨胀法真空基础标准校准下限延伸的国际性难题。

  国际真空计量专家Peksa表示“他提出的这种方法使得静态膨胀法真空标准的校准下限远远优于传统方法的校准下限值”,德国真空学会前主席Karl Jousten教授认为“该下限延伸方法是一个Unique Idea(独特理念)”……

  如今,李得天团队建立的新一代静态膨胀法真空标准装置进一步完善了我国真空标准的量传体系,满足了航空航天、高能加速器、核聚变、表面科学、微电子器件等领域对超高真空校准的需求,已在重离子加速器、同步辐射光源等国家重大工程的建设中得到了应用,并为我国的多个型号研制部门提供了大量准确的校准数据,为产品的安全和可靠性提供了计量保障服务。2013年,该装置获得了国防技术发明奖二等奖,并且现已作为国家真空计量标准和国防最高真空计量标准,解决了我国真空量值的溯源问题,对于确保我国真空量值的准确与统一发挥了重要作用。

  人生就是在不断攀登和进取中前行。于李得天而言,每一步的成就都成为了下一次进步的阶梯。2015年,在采用静态膨胀法真空基础标准的基础上,李得天又提出了固定流导法测量气体微流量的新方法。利用固定流导法直接产生气体流量,避免了分流比的测量,简化了标准结构,进一步减小了校准结果的不确定度,将微流量的测量下限比国际最好水平延伸了4个数量级。相关论文在计量科学领域国际顶尖学术期刊Metrologia上发表后获得国际同行高度认可,认为“这是对真空计量和气体微流量计量的一个重要贡献”。

  “最好的武器当‘进可攻,退可守’。”从20世纪80年始,李得天就以国家需求为己任,为我国太空探测打造了一张攻防可守的“仪器网”。

  液体推进剂是我国航天任务中使用的主要燃料,发生泄漏后会严重威胁航天器产品安全和人身安全。1995年5月,我国就曾在一次航天任务研制过程中发生过由于推进剂泄漏而导致的发射事故。

  为了避免后续发射任务中推进剂泄漏事故的再次发生,就需要尽快研制出推进剂泄漏检测仪进行现场实时监测。为此,李得天及其科研团队再次临危受命。他们在查阅国外大量文献的基础上,创造性地提出了基于质谱分析原理的推进剂泄漏检测方法。不到3个月,他们就研制出靶场卫星推进剂泄漏检测仪和火箭危险气体共底泄漏监测系统,第一时间解决了推进剂泄漏检测难题。目前,相关检测仪器已长期应用于我国卫星、火箭发射现场的推进剂泄漏监测中,为我国航天任务的高质量、高密度发射提供了主要的技术保障。

  空间质谱计也是深空探测必不可少的科学仪器。它能够分析和探测月球、火星、小行星、彗星等星球气体成分及土壤中可挥发性气体成分,为开发和利用星球资源、探寻生命起源提供了宝贵的第一手数据。

  “此前我国没有成熟的空间质谱计,因为各种原因,国外引进的渠道也不通畅。因此,为满足深空探测工程任务的需求,我们决定打造自己的空间质谱计。”李得天说。为了完成这个目标,他带领团队在空间质谱计及其校准技术领域开展了大量艰苦的研究工作。通过一系列关键技术攻关,2012年12月,他们研制的小型空间磁偏转质谱计在某新技术验证卫星上飞行验证取得成功,测量结果与美国NASA公布的数据一致,这标志着我国成功掌握了该产品研制的核心技术,目前该质谱计仍在轨正常工作,为我国近地空间环境研究及航天器工程应用积累了宝贵的空间环境数据。

  同时,他们提出的双分子流小孔进样方法,消除了气体的质量歧视效应,保证进样后气体成分比例不变,解决了标样气体进样技术难题;研制成功我国首台标样气体进样系统和分压力质谱计校准装置,现已作为国防最高真空计量标准,在航天器推进剂泄漏检测、空间用质谱计校准等领域得到应用;标样气体进样系统还用于我国卫星导航用铷原子钟的铷泡精确充气之中,研制的导航铷原子钟打破了欧美禁运,为北斗卫星导航系统组网做出了重要贡献。该项成果也获得了国防科技进步奖二等奖和军队科技进步奖一等奖。

  在测量高真空的主要真空规管——电离规器件方面,李得天也对其计量学特性进行了深入的系统研究,提出了电子能量是影响电离规稳定性的主要因素、离子与电子在放电空间停留时间的不同是影响电离规放电模式和造成非连续性的主要因素等学术新观点。

  在真空镀膜航天应用技术方面,他又提出了碳纤维复合材料间断抽真空除气方法,提高了导电薄膜的质量,并且采用脉冲偏压多弧离子镀技术,实现了大面积碳纤维/环氧树脂复合材料卫星天线表面的低温均匀镀膜,满足卫星天线反射器使用要求。此外,他还提出了多靶连续卷绕镀膜机溅射室布气均匀性方法,彻底解决了气量分布难于精确控制的技术难题,实现了宽幅聚酰亚胺镀锗膜和导电型聚酰亚胺二次表面镜的国产化,打破了国外的技术封锁和禁运,目前已成功应用于多个小卫星和通信、资源卫星等。

  “检验是实践真理的唯一标准。”对于李得天团队而言,探月三期工程并不陌生。根据系统方案规划,月球样品返回地面后要经过原始样品运输、解封、处理、收集登记、存储、描述、分样和制备等相关阶段,月球样品一旦暴露于地球大气,将与之发生物理和化学反应,从而使样品污染或变性,失去科学研究价值。探月三期工程中采集的月球样品极其珍贵,质量有限,其价值不可估量。经过上级领导的多轮讨论和慎重考虑,最终将研制月球样品封装装置这一神圣使命交给了李得天和他的科研团队。

  为此,李得天团队还研制了具有自动封装等功能的月球样品封装装置。“封装装置微小真空漏率测量结果的准确性直接影响科学目标的顺利实现。”李得天表示。这一装置也对真空漏率测量提出了更加苛刻的要求。

  在总结真空计量标准研制经验的基础上,他提出了静态累积比较法测量极小真空漏率的方法,研制出月球样品封装装置极小真空漏率测量系统,利用该系统研究了封装装置密封结构、填料、过渡层、刀口形状和角度、刀口压入深度、挤压力等与漏率之间的关系,为成功研制满足漏率要求的月球样品封装装置奠定了基础。最终,低质量火工锁紧、自动开合等一系列难题不断被攻克,团队负责研制成功的具有月球样品无污染自动封装等功能的月球样品封装装置,性能指标满足嫦娥五号探测器采样分系统的要求,即将在我国探月三期月球样品采样返回任务中获得应用。

  生命不息,探索不止。在空间探测领域,李得天研究的“触角”涉及面越来越广,渐渐编织成我国空间探测领域仪器的“摇篮”,为我国进军太空的步伐打下了坚实的基础。

  2015年7月,国际宇航科学院官网公布了其2015年新当选的院士,李得天的名字赫然在列,成为了甘肃省第一位国际宇航科学院院士。

  一分耕耘一分收获。面对来自国际上的肯定,李得天却显得十分淡然:“能当选国际宇航科学院院士,也是对我多年来工作的肯定,我分内的工作是更好地为航天事业服务。”在他眼中,能为我国航天事业贡献自己的一份力量才是最重要的。

  2012年开始,李得天牵头带领真空计量科研团队启动了“极高真空测量的基础理论和关键技术”项目的研究工作。这是五一○所,甚至也是整个中国航天科技集团的第一个国家杰出青年基金项目。

  经过4年持续攻关,研究团队采用理论模拟和实验验证相结合的方法,有效地解决了碳纳米管阴极电子源和电离规的匹配难题,消除了传统热阴极电离规中的热辐射、光辐射等不利因素,并在国际上首次研制出测量下限10-9Pa的碳纳米管阴极电离规。相关研究成果在本领域国内外知名期刊上发表SCI论文8篇,其中部分成果得到了国际同行的高度评价。同时,还发表了国际会议论文14篇,申请国家发明专利10项。

  2015年12月,国家自然科学基金委信息学部国家杰出青年科学基金项目结题验收学术汇报交流会在广州举行。评委会专家组对李得天团队项目研究取得的理论和实验成果给予了高度评价,认为项目研究具有挑战性,创新性强,在国际同行中学术影响力大,并给出了“考核优秀”的定论。

  荣誉只是一种激励。在李得天看来,更重要的是成果本身的价值以及在研究过程中成长起来的新一代真空计量领域人才。科技创新,人才为本,李得天深知人才对于科技创新犹如血液对于一般重要,他始终把培养创新型人才和创新型团队作为研发工作之外的另一个重点。

  在日常的工作中,李得天每周都会以一次研讨会的创新形式开展工作,鼓励年轻科研人员调研新方向、新进展,并在每周的研讨会上进行汇报交流,让科研团队中的每位成员及时了解本学科的最新进展和国际前沿,促进科研团队学习新知识,把培养人才和创新科研相结合,使年轻科研人员在保持自身活力的同时将航天精神的优良传统继承并发扬。正是通过这样一种人才培养的实践,李得天的科研团队一直保有创新的活力,年轻人能够更快地进步,而中年技术骨干和老同志在促进年轻人进步的过程中也能再学习、再提高,适应新技术研发的需要。团队的创新文化和创新风气,有力地推动了科研事业不断创新发展。

  目前,李得天的科研团队科学作风培养经验已在全所范围内得以推广。作为中国空间技术研究院的博士生导师,多年来,他已培养博士后4人,博士7人,硕士10人,其中1名博士获首届陈嘉庚青年科学奖,1名博士获中国青年科技奖,1名博士被聘为中国航天科技集团公司学术技术带头人。

  在悉心培育新一代创新型人才的同时,李得天还非常注重对青少年的科普工作。2015年5月,他和几名同事经过两年时间编著的《载人航天与太空旅游》一书正式出版,成为了甘肃省近十多年来出版的第一本主要面向青少年的航天科普图书。

  “青少年是国家的未来,世界终将由他们主导。但国内面向青少年的航天科普读物却凤毛麟角,我希望能通过编写这样一本书,传播一些基础航天知识,让青少年燃起对航天的兴趣,将来有兴趣投身我国的航天事业。而且我一直认为,科技工作者绝对不能看轻科普,只有做好科普,国家的科学事业才能后继有人。”李得天说。桃李不言,下自成蹊。在航空航天领域,他是服务者,更是缔造梦想的人。

  李得天1966年生,甘肃人,研究员,博士生导师。现任中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所副所长,是我国真空测试计量技术及仪器领域专家,国际宇航科学院院士,国家杰出青年科学基金获得者,国防“973”项目首席科学家、国家“863”计划主题专家。目前担任真空技术与物理国家级重点实验室常务副主任、中国真空学会副理事长、中国计量测试学会常务理事兼真空计量专委会主任、全国真空技术标准化技术委员会副主任、《真空与低温》期刊主编等学术职务。享受国务院政府特殊津贴。荣获“全国优秀科技工作者”称号。入选国家百千万人才工程,并荣获“有突出贡献中青年专家”国家级荣誉称号。独著《线余篇。获授权国家发明专利30余项,其中4项获中国专利优秀奖。获国家技术发明奖二等奖1项,获国家科技进步奖三等奖1项,获国防科技进步奖一等奖、军队科技进步奖一等奖、中国计量测试学会科技进步奖一等奖等省部级科技奖励23项。因在真空计量及航天应用领域做出了突出贡献,先后被授予我国真空科技界最高奖——“中国真空科技成就奖”以及“航天创新奖”和“航天贡献奖”。

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