本報記者 徐靖
習近平總書記指出，要強化國家戰略科技力量，提升國家創新體系整體效能。國家實驗室、國家科研機構、高水平研究型大學、科技領軍企業都是國家戰略科技力量的重要組成。各個主體互為補充又各有側重，從按照“四個面向”的要求，到以國家戰略需求為導向，從成為基礎研究的主力軍和重大科技突破的生力軍，到整合集聚創新資源，共同構成國家創新能力體系，為實現高水平科技自立自強貢獻力量。文化版今起推出“科技自立自強·強化國家戰略科技力量”系列報道，聚焦不同科研機構、大學、企業、新型研發機構的科技成果和創新故事，感受我國科研創新的強勁動能。
——編 者
距離地球3.2億公里的遙遠星球上，在約9分鐘的時間里，從約2萬公里/小時減速至0，在隕石、沙塵暴等惡劣環境威脅下自主完成一系列復雜降落動作，在著陸緩沖機構的保護下抵達星球表面。
這是探測器著陸火星所需要經歷的過程。通信信號由火星傳到地球至少要十幾分鐘，無法實時監控，因此，這段異常復雜危險的著陸過程，也被稱為“恐怖9分鐘”。
迄今為止，人類已經發射了50多個火星探測器，但只有18次成功登陸。2021年5月，我國火星探測器天問一號成功著陸在火星表面。
得知消息，在中國科學院合肥物質科學研究院(以下簡稱中科院合肥研究院)，有一群人興奮之余，頗覺寬慰。為保障天問一號安全軟著陸，他們設計了基于高吸能合金的緩沖元件，利用其高塑性和高吸能性吸收著陸時的沖擊能。這也是在“嫦娥鋼”的基礎上，通過特殊的組織調控技術形成的、具有極高吸能性的新材料，可以說是“嫦娥鋼”的“進化型”。
一塊“嫦娥鋼”，牽動探月、探火工程
“這就是由‘嫦娥鋼’制成的兩種緩沖元件，分別是拉桿和限力桿。兩種緩沖元件被分別安裝在探測器的‘輔助腿’以及探測器與‘腿部’的連接處。”在中科院合肥研究院固體所，助理研究員趙莫迪指著兩個元件說：“‘嫦娥鋼’外表看上去與普通鋼材并無二致，但它不僅可以很硬，還能像橡皮筋一樣被拉得很長，‘既硬又軟’。在天問一號著陸過程中，它們通過自身拉長變形和彎曲變形來吸收能量，‘犧牲自己’以保護探測器順利著陸。”
恐怕很多人都不會想到，探索月球和火星如此偉大的工程，會與一種材料的研發息息相關。
時間退回到2006年，探月工程二期已經進入緊張的工程實施階段，而實現嫦娥三號在月面安全軟著陸是探月工程二期的最終目標。如何實現？急需一種新型緩沖吸能拉桿材料，要求強度適中、塑性突出、單位質量吸能優異、環境適應性良好。
材料研發關系到設計方案的成敗。常規超塑性合金需要高溫才能展現其超塑性，無法在航天器上應用；單晶材料塑性優異，但強度不足；復合材料強韌性可調，但塑性不能滿足所涉及要求……怎么辦？最終，中科院合肥研究院固體所研究員韓福生率先研究出了完全滿足設計要求的新型高吸能合金。
“綜合分析下來，設計部門提出的新型緩沖材料具有極大挑戰性，沒有固有經驗可循，只能另辟蹊徑，從基礎研究源頭出發，探尋創新的路徑。”回想起當時的情況，韓福生依然歷歷在目。
時間緊，任務重，再多困難也要克服。從合金成分設計、晶體組織調控、精密熔煉以及加工成型技術等研制環節入手，歷時6年，韓福生研究團隊終于拿出了材料工藝和產品研制的系統解決方案。
不過，“萬里長征”才邁出了第一步。在進行著陸緩沖機構地面沖擊試驗時，提交的近2000件試驗件中有兩件拉桿出現異常斷裂。從科學研究角度來講，成功率已非常之高，然而對于航天任務，這樣的產品合格率遠遠達不到要求。
韓福生鉚足勁頭，從不合格產品的失效分析入手，探尋問題癥結；實際模擬相關實驗場景，重復熔煉過程，以復現問題，再有針對性地采取有效措施，大幅度提高了產品性能的穩定性，為嫦娥三號、嫦娥四號圓滿登月，為天問一號圓滿登陸火星做出了重要貢獻，真正實現了中國深空探測器著陸緩沖系統的完全自主化。
近年來，韓福生團隊已經研發出不同特性的系列“嫦娥鋼”，并實現了30噸級合金批量冶煉生產；基于“嫦娥鋼”的新型水路橋梁防撞阻尼結構、直升機抗墜毀起落架、鐵路減震器等結構實現了推廣應用，為航天技術服務國民經濟主戰場做出了貢獻。
屢創新紀錄，“人造太陽”裝置持續“燃燒”
2021年12月，被譽為“人造太陽”的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)再創世界紀錄——實現1056秒的長脈沖高參數等離子體運行，這是目前世界上托卡馬克裝置實現的最長時間高溫等離子體運行。
“EAST是中國自主研發的，世界上第一個全超導磁體、非圓截面托卡馬克實驗裝置，它擁有類似太陽的運行機制，因此又有‘人造太陽’之稱。”中科院合肥研究院副院長、等離子體所所長宋云濤說：“EAST像一個圓環形的‘大罐子’，在它的內部，集成了‘超高溫’‘超低溫’‘超高真空’‘超強磁場’‘超大電流’等極端環境。”
天上明明有太陽，為什么還需要“人造太陽”？
這是人類讓核聚變成為未來清潔新能源所做的努力。煤、石油、天然氣未來有枯竭的風險，還存在一定的環境污染。而風能、水能、太陽能等新能源又受限于天氣或地理條件等限制，難以滿足需要。“人造太陽”一旦實現，能源危機將迎刃而解，一些因能耗限制而難以開展的活動，比如海水淡化、星際航天等，可以大規模開展，進而帶來生產、生活的巨大進步。
EAST裝置運行15年來，在穩態等離子體運行的工程和物理成果上繼續保持國際引領。EAST裝置取得的系列創新成果，為自主建造聚變工程實驗堆提供了重要的實驗基礎。此外，伴隨著聚變研究衍生出一系列重要創新成果，中科院合肥研究院已經逐漸形成超導技術、低溫技術、等離子體技術、生物技術、材料技術、機器人技術等多個產業技術板塊，推動一大批高新技術成果實現轉移轉化。
另一個大科學裝置——穩態強磁場實驗裝置也在發揮重要作用。“穩態強磁場實驗裝置是具有自主知識產權的國家重大科技基礎設施，可以為前沿研究提供極端實驗環境。此前，全世界只有4個國家有這種設施，我們現在是國際五大穩態強磁場實驗室之一，部分指標創造了世界紀錄。”中科院合肥研究院強磁場中心副主任皮靂介紹，在強磁場這樣的極端條件下，物質的性質會發生變化，有利于發現新現象、認識新規律，從而發展出新技術。
據不完全統計，截至2021年9月，穩態強磁場實驗裝置共運行了45萬多個小時，為國內外150多家單位提供了實驗條件，開展了近2700項課題的研究、發表論文1700余篇。
大科學裝置集高精尖技術于一身，其承載的意義早已不止追求科學目標本身。宋云濤說，從一定程度上說，大科學裝置充分體現了一個國家的綜合科技實力。
科研國家隊，以國家戰略需求為導向
“作為科研國家隊，中科院合肥研究院以承擔國家重大科研任務為主，大科學裝置在這個過程中地位十分重要，圍繞大科學裝置開展科研攻關，完成國家重大專項任務，這個定位比較明確。”韓福生說。
為了一塊“嫦娥鋼”，韓福生攻關多年，歷經諸多艱難，但他說沒什么。“作為科研人員，每個人都希望把自己的工作做好，做出成果。”韓福生說：“航天領域的研究意義大、責任重，一定程度上影響國家戰略和國際聲譽，所以需要高度的責任感和使命感，我相信這是每一個承擔重大科研任務的工作人員都應該有的覺悟。”
國家科研機構是國家戰略科技力量的重要組成部分，對于中科院合肥研究院來說，培養更多優秀的科研人員，加快建設原始創新策源地，加快突破關鍵核心技術，就是一直努力的方向。
為此，中科院合肥研究院形成了較為完善的人才培養體系。發揮領軍人才“頭雁”效應和大科學裝置“磁吸”作用，持續引進優秀科學家，努力形成“靶向引才”“精準育才”的人才工作格局；根據各科研單元的學科特點和發展方向，科學規劃、調整人員結構與層次；通過多種途徑拓寬各類青年科技基金資助的機會和比例，營造人才宜居“小生態”，構造優秀人才脫穎而出的機制和環境；廣開國際合作渠道，不斷提升人才國際化程度。
截至目前，中科院合肥研究院有職工2700余名，領軍人才如兩院院士、海內外高層次人才、國家杰出青年基金獲得者、國家重點研發計劃首席科學家、關鍵技術人才等300余人；設有5個博士后流動站、19個博士點和21個碩士點，在學研究生3100余名；擁有30多個國家或省部級重點實驗室和研究中心，以及10多個大型實驗平臺。