“國家投幾億、十幾億元給你們,對國(guó)民經濟有什麽用?”常有人這麽問葉培建委員。
作為“嫦娥(é)”等衛星項目的技術負責人,葉培建十分看重科學儀器研製。在他(tā)和許多科學家看來,科學儀器不(bú)光可以滿足人類好(hǎo)奇心,也是決定民族前途的“國之重器”。
誰說科學儀(yí)器賺不了錢?
葉培建在兩會上講了一(yī)個故事。“以前的客運火車,工(gōng)作(zuò)人員在停車的時(shí)候,拿扳手或鋼棍敲敲車(chē)輪。你知道他為什麽要敲?聽聲音。”
過去車(chē)輪軸承質量不好(hǎo),長期負荷催生裂紋,敲輪是為了排查異響。貨運火車更容(róng)易出問題(tí),卻(què)無法停下來(lái)“敲”,因此軸承經常斷裂。
這(zhè)個(gè)難題,居(jū)然被我國的一(yī)個航天項(xiàng)目解(jiě)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(liàng)的變(biàn)化。把許多紅外儀布置在鐵路沿線(xiàn),就能第一時間察(chá)覺到軸承的熱量異(yì)常(cháng),進而發出警報。
葉培建(jiàn)告(gào)訴(sù)我們,衛星上的儀器,還有很多可以直接或(huò)稍加改造後用來“賺錢”。比如衛星上的高(gāo)精密相機鏡頭,其設計思想可用於很多設備,比如光刻機上——沒有它就別想(xiǎng)造出CPU等大型集成電路。而衛星上使用的計算機,功(gōng)率小,重量輕,耐極端條(tiáo)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“神聖”價(jià)值那樣經常被提及。費米實驗室的創建者威爾森,向(xiàng)國會要兩億美(měi)元做(zuò)加速器。被問到“項目(mù)是否有助於國防”時答道:“它不能保衛美國,但它讓美國值得保衛。”
實際上(shàng),加速器也(yě)為人(rén)類做出了貢獻——歐洲的粒子加速器實驗室裏,誕生了互聯(lián)網。而加速器催生出的新技術,也刺激了電(diàn)子(zǐ)業的進步。
科學(xué)儀(yí)器也可(kě)以直接用在產業中,著名科學家王大珩曾舉出許(xǔ)多例子:電子顯微鏡、質譜儀、CT斷層掃描儀、X光物(wù)質結構(gòu)分析(xī)儀、光學相襯顯微(wēi)鏡和掃描隧道顯(xiǎn)微鏡——既為發明人(rén)贏(yíng)得了諾貝(bèi)爾獎,又開辟了滾滾財源。
生物產業被寄(jì)予厚望,而最受(shòu)歡迎的生物實用設備,比如(rú)基因芯片或極微運動探針,都是實驗室裏的儀器。
而隨著(zhe)人們對環境和食品安全的重視,原本用於實驗(yàn)室的各種(zhǒng)檢測儀器,也開始為日常生活提(tí)供信息。
一切高級機器的原型
“關鍵(jiàn)零部件和儀(yí)器儀表支持不夠,是中國裝備製造業(yè)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(de)基礎工作。
這個基礎說(shuō)到(dào)底,是精密儀器——而科學儀器是(shì)其(qí)中最精密的,其他機器都發源(yuán)於此。
蒸汽機可(kě)能是曆(lì)史上最重要的機器。第一台蒸汽機,是氣壓學家帕(pà)潘(pān)出於興趣研製的儀器,它利用蒸汽製造真空。一百年後,格(gé)拉斯哥大學的一個科學儀器工匠,對蒸汽機做出(chū)重要改進,他就是瓦特。
18世紀開始,購買科學儀器成為歐(ōu)洲時尚,很快大批實用機械問世,這不(bú)是偶(ǒu)然的。機(jī)械發明家往往是科學(xué)儀器匠或鍾表匠(鍾表起初也(yě)是科(kē)學儀器)。英國是(shì)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係。
最高的(de)精度來(lái)源於光學儀器(qì)。比如“工業之母(mǔ)”數控機床,它使用一種叫“光柵”的尺子,其(qí)標刻的準確度,決定了機床精度的上限。
最好的光柵(shān)出自一家德國公司:它花2億歐元建了一個三級(jí)隔振(zhèn)的車間,振幅不超過(guò)1.5納米,且溫差隻有百分之一度。這家(jiā)公司擁有世界上最好的原子鍾,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最準的尺子(zǐ)。
高端(duān)製造離不開精(jīng)密儀器——往往就是科學儀器。著名的蔡司公司,既生產高(gāo)質量天文(wén)望遠鏡和顯微鏡,也生產照相機鏡頭和工(gōng)業鏡頭,這並(bìng)非(fēi)跨界。光學儀器起初(chū)都用於科學。
飛馳的高速列車,軸承之所以不會折斷,要感(gǎn)謝光學儀器提供的高精度;摩擦最小的活(huó)塞引擎(qíng),壽命最長的噴氣發動機,也離不開光學儀器(qì)“指正”。
發(fā)達工業國不僅有雄厚的(de)科學儀器製造基礎,而(ér)且政府也不(bú)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(kē)學儀器業的領先;歐盟前幾年斥(chì)資41億歐元用於輻射源和望遠鏡等新型(xíng)儀器;日本政府從2004年開始斥巨資研製世界(jiè)尖端的分析計量儀。
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,這是曆來最大的投入。但中國仍缺(quē)乏(fá)科學儀器的(de)製造(zào)經驗,目前國內業界大多數(shù)是小作坊生產,研發投(tóu)入(rù)隻占銷售額2%—3%。外國業界則(zé)為曆史悠久的巨型企(qǐ)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(yī)百(bǎi)多個儀器企業(yè),但很多都(dōu)是以仿製起家(jiā),很難說形成了自(zì)己的(de)核心競爭力。
中國突飛猛進的科研經費中,大頭用(yòng)於購置各種高端(duān)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(de)一項調研顯示,中國每年上萬(wàn)億元的科研固定資產投資中,六成用於(yú)進口設備,部分領域完(wán)全依賴進口。
北京吉天儀器公司的老總告訴科技日報(bào)記者,40年(nián)前,某些關鍵零(líng)部件就隻能依賴進口。比(bǐ)如光(guāng)譜儀器必用的光電倍增管,直接影響(xiǎng)儀(yí)器靈敏度(dù)和穩定性。40年過去了該器件仍依賴進口,每年花掉(diào)該公司300多萬元。
製造精密的科學儀器(qì),需要精密光學和特殊材料學(xué)的(de)支(zhī)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(shì):外國科學儀器公司的開發投入平均(jun1)占銷售的10%,而我國僅占2%到3%,因(yīn)此(cǐ)國產儀器隻在中低(dī)檔市場(chǎng)徘徊(huái)。
全國政協委員、物(wù)理(lǐ)學家趙(zhào)忠賢舉了一個例子:中科院六年前完成的(de)真空紫外激光角分辨光電子能譜儀,在高溫(wēn)超導體研究中取得了重要成果。“有些儀(yí)器的研發(fā)難度(dù)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(jì)劃,包括863計劃﹑973計劃以及科學院和基金委計劃的支持下(xià),長期積累而成的,涉及材料(liào)、器件和設計能力及人才培養,是一個綜合的(de)結果。
“一個國家如果不能製(zhì)造一些高精尖儀器,即使這個國家真的很富有,它仍(réng)然算不上真正的發達國家。”趙忠賢說。
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