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【敬业奉献】张昊:硬核航天人一招一式铸就热防护“神器”

撰写时间:2021-11-26 文章来源:首都文明网 张昊一寸照片.jpg

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  张昊,男,1980年2月出生,中共党员,中国航天科工三院306所副所长。张昊2007年博士毕业后来到306所参加工作,先后担任国家重点武器型号主任设计师、所级技术负责人。自参加工作以来,张昊长期从事先进热防护材料的研究工作,勇于开拓创新,取得一系列突出成果:开发的二氧化硅气凝胶热防护材料成功应用于长征五号运载火箭、天舟一号货运飞船、嫦娥四号探测器和十余型武器型号;该类材料还应用于特种服装、新能源动力电池、工业保温等领域,成为中国航天科工三院材料领域产业化发展的重要方向。张昊先后获得国家科技进步二等奖一项,国防科技进步一等奖和二等奖各一项,北京市科学技术一等奖一项,中国专利金奖和优秀奖各一项,共获得发明专利授权30项。2019年获第33届北京青年五四奖章。2021年北京榜样8月第3周周榜人物。

“成绩的取得不是我一个人的功劳,是国家的需求指引着我们前进的方向,我愿意和大家一起为了实现建设航天强国征途中的一个个小目标而奋斗。”

  2021年5月,“天问一号“承载着中国人对无限星空的向往成功降落在火星,吸引了世人的目光。在天问探“火”的背后,中国航天科工三院306所气凝胶创新团队研制的气凝胶材料发挥了重要作用。

  作为这个团队的带头人,张昊以其十余年的职业生涯见证了气凝胶材料从无到有的发展历程。他说:一切成果都来自一招一式、踏踏实实的“修炼”。

  科研不惧“走迷宫”

  2007年,从中科院博士毕业后,张昊放弃了多家外企、高校以及民企伸来的橄榄枝,选择来到306所,成为一名航天人,并由此踏上气凝胶材料的科研之路。

“青年科技工作者,要不断积累知识和技能,要定制阶段性目标,也要耐得住寂寞,实现自我激励就能拥有源源不断的动力!”张昊总是这样鼓励团队中的青年人。

  “当时某重点预研型号急需一种热防护材料,性能指标要求特别高,这种材料几乎是唯一的选择。”张昊回忆说。然而,他只能从文献上查到这种材料的性能参数,既没有样品,也没有技术细节。很长一段时间里,他整天泡在实验室里做配方实验,连午饭都在实验室解决;晚上还经常背着笔记本,跑回曾经读书的中科院,查外文文献。

  为了掌握更好的工艺路线,他尝试了近千种配方,各种试验数据记满了厚厚的几个本子。按他的话说,“科研就像探索迷宫,绝大多数人都需要把那些死胡同全部走过一遍,才能找到方向。”

  有一次,张昊按照一篇文献提出的路线去做验证试验,小有收获。几轮试验下来,他突然感觉眼睛刺痛,被送到了医院。原来,试验中某个化学反应的副产物挥发性很强,灼伤了他的眼角膜。

“质量就是生命”深深影响着张昊和他的团队,他们用“严慎细实”的作风认真对待每一次试验,用实际行动为产品贴上“航天制造”的神圣标签。

  出院后,张昊回到家躺在床上闭目静养,他索性静下心来在脑海里整理那一段试验过程,思考着如何改进配方、优化路线。一周后,眼睛稍微恢复,他马上跑回实验室验证自己的想法。果然!采用更加安全的配方和反应环境,同样得到了性能优异的样品。

  最“硬核”的航天人

  工程化应用是材料研究的终极目标,为了实现气凝胶的大规模生产,就涉及到一种核心设备——二氧化碳超临界干燥设备。

  “国内当时并没有能够成功设计和生产这种设备的厂商,而国外设备动辄上千万,让我们望而却步。”张昊回忆说。那时所里只有一台20L容积的实验室级设备,根本无法实现全套工艺参数的掌握,并放大至工程应用量级。

  为了解决这个问题,张昊和团队伙伴决定到车间里工作,亲自采集数据。那时候,拆阀门、换加热棒、换压力表,张昊已经得心应手。他甚至可以熟练地画出整套装备管路的走向、温度传感器的位置……

  通过在车间一点点地摸索和积累,他们成功将这一核心设备放大到工程量级,建成了当时国内最大的1500L超临界干燥设备,打通了实现气凝胶防护材料的批量工程化生产的重重关节!

跟踪国际科技前沿进展,阅读多学科学术专著,是张昊每天必不可少的习惯性动作。

  2010年,气凝胶研究开始从试验迈入生产阶段。年底,张昊和团队带着近六米长、铺设了热防护层的整套航天设备接受石英灯加热考核验证试验。所在的厂房是为这次大型地面试验任务临时搭建的,还没有完工,只有柱子和房顶。纤维布围成的“墙壁”,四处透着寒风,大家只能轮流到安装了空调的集装箱内取暖。

  张昊回忆,“为了确保试验的真实性,装备里装了一百多公斤的燃油。一旦热防护层失效,燃油会遇到高温的金属壳体,产生不可想象的后果。”那时候,消防车就停在试验现场旁边,以防万一。

  试验开始,装备表面迅速升至几百度,装备热防护层内部的温度开始缓慢上升,张昊紧紧盯着监视器上传回的传感器温度。听到“试验停止”,他赶紧跑过去看数据,一切正常。漫长的1300秒终于结束,热防护效果完全满足设计要求!这次试验的成功为热防护材料的广泛应用奠定了重要基础。

  经过前期扎实的基础研究,到2018年,张昊团队已经掌握了气凝胶结构可控设备和工程应用的全套技术,先后发展了中温型、高温型等几个系列气凝胶产品,在二十几型航天装备都获得了应用。

工作中的张昊一致秉承着对于原创技术的执着和坚持。为了找到最优的配方,他尝试了近千种组合,实验数据记满了几个厚厚的记录本。

  “天问一号”的“火星时代”

  长征五号在2016年顺利完成发射,张昊团队提供的热防护材料功不可没。2017年再传喜讯,他们研制的基于气凝胶材料的真空绝热板被成功装载在天舟一号的低温锁柜中随长征七号运载火箭发射升空。对于张昊团队来说,每一份捷报的背后,是几千个日子里航天技术的砥砺深耕。

  2021年5月,“天问一号”成功着陆火星。而早在2014年,张昊团队就收到了火星探测关于热防护材料的需求并开始研发。

国家科学技术进步奖、中国专利金奖……一个又一个喜讯传来,更加鼓舞着张昊和他的团队不断追求新的突破。

  “我们需要为火星探测任务提供两种不同的气凝胶材料。”张昊介绍说,“一种用于隔绝火星探测器发动机工作时产生的上千度的高温,一种用于保护火星车抵御火星表面极寒环境。”两种材料的性能指标要求都极为苛刻,为研发团队带来了不小的挑战。

  如果说科学发现还有灵光乍现的幸运,那科学的探索和工程的应用则没有捷径。7年来,张昊和同事们尝试了上百种配方,把几十个工艺参数化整为零,研制的材料先后经过了物理特性、力学特性、隔热性能和空间环境耐候性能等四大类总共98项试验测试,而且每一项试验都需要经过多个批次的重复验证。最终,他们开发的两种气凝胶材料成功搭上了飞往火星的“航班”。

张昊带领团队在一次次尝试和摸索中建成了当时国内最大的二氧化碳超临界干燥设备,实现气凝胶热防护材料的批量工程化制备,并成功应用于一系列国防装备和国家重大工程。

  “人类的历史就是一个逐渐认识世界的过程,随着认知的外延和内涵不断扩展深化,相辅相成的就是科技和社会的进步。”“天问一号”的研制任务已暂告一段落,展望“十四五”,张昊和团队对气凝胶材料提出了“更高性能、更多功能”的研究目标,盼望着他们研发的气凝胶材料在新能源汽车、工业保温和建筑节能等领域扩大应用,为中国实现碳达峰和碳中和作出自己的贡献。

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