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科學儀器是生產力
發布者:admin 發布時間:2019-07-29 14:47 閱讀:次 【字體:

        “國家投幾億、十幾億元給你們,對國民經濟有什么用?”常有人這么問葉培建委員。

    作為“嫦娥”等衛星項目的技術負責人,葉培建十分看重科學儀器研制。在他和許多科學家看來,科學儀器不光可以滿足人類好奇心,也是決定民族前途的“國之重器”。

    誰說科學儀器賺不了錢?

    葉培建在兩會上講了一個故事。“以前的客運火車,工作人員在停車的時候,拿扳手或鋼棍敲敲車輪。你知道他為什么要敲?聽聲音。”

    過去車輪軸承質量不好,長期負荷催生裂紋,敲輪是為了排查異響。貨運火車更容易出問題,卻無法停下來“敲”,因此軸承經常斷裂。

    這個難題,居然被我國的一個航天項目解決了。衛星上應用的一種紅外探測儀,可以敏銳地捕捉到熱量的變化。把許多紅外儀布置在鐵路沿線,就能*時間察覺到軸承的熱量異常,進而發出警報。

    葉培建告訴我們,衛星上的儀器,還有很多可以直接或稍加改造后用來“賺錢”。比如衛星上的高精密相機鏡頭,其設計思想可用于很多設備,比如光刻機上——沒有它就別想造出CPU等大型集成電路。而衛星上使用的計算機,功率小,重量輕,耐極端條件,是未來計算機參考的模板。

    科學儀器的世俗價值,不像它的“神圣”價值那樣經常被提及。費米實驗室的創建者威爾森,向國會要兩億美元做加速器。被問到“項目是否有助于國防”時答道:“它不能保衛美國,但它讓美國值得保衛。”

    實際上,加速器也為人類做出了貢獻——歐洲的粒子加速器實驗室里,誕生了互聯網。而加速器催生出的新技術,也刺激了電子業的進步。

    科學儀器也可以直接用在產業中,科學家王大珩曾舉出許多例子:電子顯微鏡、質譜儀、CT斷層掃描儀、X光物質結構分析儀、光學相襯顯微鏡和掃描隧道顯微鏡——既為發明人贏得了諾貝爾獎,又開辟了滾滾財源。

    生物產業被寄予厚望,而zui受歡迎的生物實用設備,比如基因芯片或極微運動探針,都是實驗室里的儀器。

    而隨著人們對環境和食品安全的重視,原本用于實驗室的各種檢測儀器,也開始為日常生活提供信息。

    一切機器的原型

    “關鍵零部件和儀器儀表支持不夠,是中國裝備制造業的難題。”水下機器人專家封錫盛委員在兩會上談到,中國出資支持重大裝備時,往往忽視先進裝備的基礎工作。

    這個基礎說到底,是精密儀器——而科學儀器是其中zui精密的,其他機器都發源于此。

    蒸汽機可能是歷史上zui重要的機器。*臺蒸汽機,是氣壓學家帕潘出于興趣研制的儀器,它利用蒸汽制造真空。一百年后,格拉斯哥大學的一個科學儀器工匠,對蒸汽機做出重要改進,他就是瓦特。

    18世紀開始,購買科學儀器成為歐洲時尚,很快大批實用機械問世,這不是偶然的。機械發明家往往是科學儀器匠或鐘表匠(鐘表起初也是科學儀器)。英國是當時科學儀器的世界中心,與它成為工業革命策源地大有關系。

    zui高的精度來源于光學儀器。比如“工業之母”數控機床,它使用一種叫“光柵”的尺子,其標刻的準確度,決定了機床精度的上限。

    zui好的光柵出自一家德國公司:它花2億歐元建了一個三級隔振的車間,振幅不超過1.5納米,且溫差只有百分之一度。這家公司擁有世界上zui好的原子鐘,還有中國國家計量局不具備的長度傳遞標準。因此德國機床得以使用全球zui準的尺子。

    制造離不開精密儀器——往往就是科學儀器。的蔡司公司,既生產高質量天文望遠鏡和顯微鏡,也生產照相機鏡頭和工業鏡頭,這并非跨界。光學儀器起初都用于科學。

    飛馳的高速列車,軸承之所以不會折斷,要感謝光學儀器提供的高精度;摩擦zui小的活塞引擎,壽命zui長的噴氣發動機,也離不開光學儀器“指正”。

    發達工業國不僅有雄厚的科學儀器制造基礎,而且政府也不敢輕視儀器創新。美國國家自然基金和國立健康研究院出專資,提出要確保美國科學儀器業的ling先;歐盟前幾年斥資41億歐元用于輻射源和望遠鏡等新型儀器;日本政府從2004年開始斥巨資研制世界的分析計量儀。

    中國儀器產業弱勢

    今年初,中國政府宣布撥款8億元資助科學儀器,這是歷來zui大的投入。但中國仍缺乏科學儀器的制造經驗,目前國內業界大多數是小作坊生產,研發投入只占銷售額2%—3%。外國業界則為歷史悠久的巨型企業統治,研發投入平均占銷售額的十分之一。

    在江蘇某市,已經形成了一個儀器中心,有一百多個儀器企業,但很多都是以仿制起家,很難說形成了自己的核心競爭力。

    中國突飛猛進的科研經費中,大頭用于購置各種科學儀器,而這些儀器中國大多不能生產。2010年的科學儀器逆差,就接近100億美元。政協委員朱星參與的一項調研顯示,中國每年上萬億元的科研固定資產投資中,六成用于進口設備,部分領域完全依賴進口。

    北京吉天儀器公司的老總告訴科技日報記者,40年前,某些關鍵零部件就只能依賴進口。比如光譜儀器必用的光電倍增管,直接影響儀器靈敏度和穩定性。40年過去了該器件仍依賴進口,每年花掉該公司300多萬元。

    制造精密的科學儀器,需要精密光學和特殊材料學的支撐,而這些領域強調的都是上百年的積累,無法一蹴而就。一個數據是:外國科學儀器公司的開發投入平均占銷售的10%,而我國僅占2%到3%,因此國產儀器只在中低檔市場徘徊。

    全國政協委員、物理學家趙忠賢舉了一個例子:中科院六年前完成的真空紫外激光角分辨光電子能譜儀,在高溫超導體研究中取得了重要成果。“有些儀器的研發難度特別大,也不是短期就能做出來的。”趙忠賢認為,原創性的先進儀器是在國家的科研計劃,包括863計劃﹑973計劃以及科學院和基金委計劃的支持下,長期積累而成的,涉及材料、器件和設計能力及人才培養,是一個綜合的結果。

    “一個國家如果不能制造一些高精尖儀器,即使這個國家真的很富有,它仍然算不上真正的發達國家。”趙忠賢說。



 

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