——记中国航天科技集团五院五一○所副所长李得天

本刊记者　钱朝军 户 万

　　　　
　　真空计量技术与国防科技发展密不可分。不论是受控核聚变装置中的超高/极高真空测量，还是载人飞船舱门检漏仪和月球样品封装装置中的漏率测量，均与真空计量技术密不可分。中国航天科技集团第五研究院第五一○研究所副所长、国家杰出青年科学基金获得者李得天研究员带领科研团队，依靠自主创新，突破了一系列关键技术，在真空计量标准建立、真空测试计量仪器研制以及工程应用等方面做出了突出贡献。
　　
真空计量标准建立
　　
　　在真空计量标准研建方面，李得天研究员和他的科研团队攻坚克难，取得了多项国际领先的原创性成果。
　　说到真空计量标准，“静态膨胀法”就是一个绕不开的关键。自从1910年Kundsen提出将之用作真空标准起，静态膨胀法真空标准经过近百年的发展，已经成为世界各国进行真空计量的基准器具。然而，随着航天科技、高能物理等领域的迅速发展，即使具有结构简单、测量不确定度小等一系列优点，原有的静态膨胀法也已经不能满足需求。“要做这个标准，需要把高压力气体从一个小容器里膨胀到已经预先抽空的大容器中，此时大容器中的气体压力就衰减了。真空就是通过这样的原理形成的。但是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。”李得天说。
　　尽管包括美国、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，提出采用高温烧氢除气、内表面镀膜等方法减小内壁放气，却一直没有取得实质性进展。在国内，五一○所也自上世纪60年代开展了静态膨胀法真空标准研究工作，但当时是玻璃真空系统，校准室的容积有限，使其校准范围也比较窄，准确度不高。面对这一国际上公认的技术难点，李得天带领科研团队总结前辈们的经验，开展了深入细致的分析,从理论研究、设计到实验验证工作，精益求精，终于创新性地提出了采用非蒸散型吸气剂的选择性抽气技术来消除真空容器内壁放气效应的方法。应用这种方法，可以实现室温状态下对校准室内表面气体的吸附；同时，由于具有“选择性”，该方法仅对校准室内表面放出气体有大抽速，对实验所需气体零抽速，消除了放气对真空校准下限的影响。这被认为是一条全新的技术解决途径，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。而李得天团队就此所建立的我国新一代静态膨胀法真空基础标准，校准下限达到10-7Pa，首次实现了采用静态膨胀法对超高真空规的精确校准。相关论文在真空科学领域权威学术期刊Vacuum上发表，国际真空计量专家Peksa认为“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”。国际知名真空科学家、德国真空学会前主席Karl Jousten教授则认为“该下限延伸方法是一个Unique Idea（独特理念）”。
　　与静态膨胀法相似，超高/极高真空校准也是真空计量领域研究的热点和难点之一，此前，仅有美国NIST、德国PTB和日本NIMJ曾建有超高/极高真空标准。随着我国探月工程的发展，对超高/极高真空校准提出了迫切需求。要利用已有标准吗？事实上，美、德、日的超高/极高真空标准并没有那么完美，比如，因为采用分子束法和压力衰减法校准，测量不确定度大；而由于都是采用低温抽气手段获得极高真空，运行成本也非常高。无论是技术瓶颈，还是技术封锁，研建超高/极高真空计量标准刻不容缓。但李得天团队也不得不面对一个现状——我国极高真空计量研究起步晚，国内配套条件差、关键设备缺乏、可借鉴的经验很少。面对这种情况，李得天研究员针对当时的条件，查阅了大量资料。研究工作繁琐而艰难，纵使困难如山，他也坚持迎难攀登。经过一番探索，他提出了分流法校准超高/极高真空规和室温抽气获得极高真空的技术方案，最终突破技术瓶颈和技术封锁，实现了技术途径的整体创新。他自主设计研制成功的我国首台超高/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。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，在出版当月统计的下载量最多的20篇论文中位列第3。“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。”论文审稿人评价道。相关论文发表后，欧洲计量规划委员会以此为重要参考依据，在2012年发布的计量研究规划中将极高真空计量列为此后3年发展的重点。该项成果获国防科技进步奖一等奖（排名第1）；核心专利获中国专利优秀奖（排名第1）。
　　另外，他还提出了固定流导法测量气体微流量的新方法，负责研建了气体微流量测量标准，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，国际同行认为“这是对真空计量和气体微流量计量的一个重要贡献”。
　　“做标准追求准确度高，越复杂，影响因素就越多；越简单，不确定因素就越少。”谈起多年来做真空计量标准的心得，李得天研究员说道。
　　
真空测试计量仪器研制及工程应用
　　
　　在真空测试计量仪器方面，李得天研究员和他的科研团队同样功不可没。
　　他提出的基于双道密封圈的小容积正压检漏方法，解决了载人航天器舱门气密性快速检测技术难题。而以此为原理研制的航天器舱门快速检漏仪，与美国、俄罗斯等同类产品相比，是一个高度集成化的空间测量仪器——所有的机电热、软件、遥测遥控接口全部集成在一起，重量轻、体积小、功耗低，更难能可贵的是，用该检漏仪完成全部检漏任务仅需8分钟。目前，该检漏仪已在多艘飞船、目标飞行器以及飞船与目标飞行器的交会对接中得到成功应用，确保了航天员的生命安全，为我国载人航天工程顺利实施提供了重要保障。
　　对李得天团队来说，探月三期并不陌生。探月三期的核心目标是实现无人自动采集月球样品（月壤和月岩）并返回地球。这些样品质量有限，其价值不可估量，极为珍贵。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。因此，要完成这个目标，研制具有自动封装等功能的月球样品封装装置，就成了重中之重。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研究员和他的科研团队。
　　研制月球样品封装装置，技术上存在很多难题，他首先考虑的是解决密封问题。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，他负责研制成功的月球样品封装装置，具有月球样品无污染自动封装等功能，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。
　　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。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。李得天研究员和他的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。
　　不惧挑战，一直以来都是李得天团队的基因。他带领团队突破了电子光学透镜设计、高压扫描电源及微小电流采集处理等多项技术难题，研制出我国首台空间用双通道磁偏转质谱计。该质谱计已成功在某新技术试验卫星上搭载，对499km太阳同步轨道气体成分随区域及时间的变化进行了全面探测，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。他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，保证了进样后气体成分比例不变，解决了标样气体进样技术难题。该标样气体进样系统已用于我国卫星导航用铷原子钟的铷泡精确充气之中，使得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。此外，他还负责研制出电火箭工质气体微流量测量系统，主持完成了电火箭工质气体微流量专项定标工作，为我国步入电推进时代做出了重要贡献。
　　鉴于以上工作的原创性和在国防领域的重要性，相关研究成果获国家技术发明奖二等奖、国防科技进步奖一等奖、军队科技进步奖一等奖等省部级以上科技奖励23项，李得天研究员也先后获航天贡献奖、航天创新奖等荣誉。2015年12月，李得天研究员在广州参加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。在这次交流会上，他就五一○所，甚至整个中国航天科技集团的第一个国家杰出青年基金项目——“极高真空测量的基础理论和关键技术”研究，从电离规的电子激励脱附效应产生机理、高性能碳纳米管阴极制备、新型碳纳米管阴极极高真空电离规的理论建模与优化设计以及实验验证等4个方面的研究工作进行详细汇报，并对专家相关提问进行解答。评委会专家组严格审议后，对该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，给出了“考核优秀”的定论。荣誉迭至，李得天淡然如初，在他和团队心目中，成果本身比奖项更值得他们骄傲。
　　
悉心培育高素质创新性人才
　　
　　科技创新，人才为本，李得天深知人才对于科技创新犹如人体的血液一般重要，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，李得天以每周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的不断创新发展。
　　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名博士被聘为中国航天科技集团公司学术技术带头人。
　　“出身中科院，书香门第，学养深厚；成长在航天，自力更生，坚韧顽强；扎根在西北，耐得住寂寞，淳朴厚道。”这是对五一○所的形象描述，也是李得天近30年如一日所坚持的精神内涵。他认同五一○所历史文化的传承，也和团队一起为了五一○所的未来，为了中国航天事业的未来奋力拼搏。
　　
专家简介 
　　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、国际宇航科学院通讯院士、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、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《真空计量新技术》专著1部，参与编写著作3部，发表学术论文180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。