兩會特別關(guān)注:科學(xué)儀器是**生產(chǎn)力
——聚焦科研儀器研制(下)
“國家投幾億、十幾億元給你們,對國民經(jīng)濟(jì)有什么用?”常有人這么問葉培建委員。
作為“嫦娥”等衛(wèi)星項(xiàng)目的技術(shù)負(fù)責(zé)人,葉培建十分看重科學(xué)儀器研制。在他和許多科學(xué)家看來,科學(xué)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(xué)儀器賺不了錢?
葉培建在兩會上講了一個故事。“以前的客運(yùn)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(zhì)量不好,長期負(fù)荷催生裂紋,敲輪是為了排查異響。貨運(yùn)火車更容易出問題,卻無法停下來“敲”,因此軸承經(jīng)常斷裂。
這個難題,居然被我國的一個航天項(xiàng)目解決了。衛(wèi)星上應(yīng)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(jìn)而發(fā)出警報。
葉培建告訴我們,衛(wèi)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(wèi)星上的高精密相機(jī)鏡頭,其設(shè)計思想可用于很多設(shè)備,比如光刻機(jī)上——沒有它就別想造出CPU等大型集成電路。而衛(wèi)星上使用的計算機(jī),功率小,重量輕,耐極端條件,是未來計算機(jī)參考的模板。
科學(xué)儀器的世俗價值,不像它的“神圣”價值那樣經(jīng)常被提及。費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建者威爾森,向國會要兩億美元做加速器。被問到“項(xiàng)目是否有助于國防”時答道:“它不能保衛(wèi)美國,但它讓美國值得保衛(wèi)。”
實(shí)際上,加速器也為人類做出了貢獻(xiàn)——歐洲的粒子加速器實(shí)驗(yàn)室里,誕生了互聯(lián)網(wǎng)。而加速器催生出的新技術(shù),也刺激了電子業(yè)的進(jìn)步。
科學(xué)儀器也可以直接用在產(chǎn)業(yè)中,有名科學(xué)家王大珩曾舉出許多例子:電子顯微鏡、質(zhì)譜儀、CT斷層掃描儀、X光物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析儀、光學(xué)相襯顯微鏡和掃描隧道顯微鏡——既為發(fā)明人贏得了諾貝爾獎,又開辟了滾滾財源。
生物產(chǎn)業(yè)被寄予厚望,而*受歡迎的生物實(shí)用設(shè)備,比如基因芯片或極微運(yùn)動探針,都是實(shí)驗(yàn)室里的儀器。
而隨著人們對環(huán)境和食品**的重視,原本用于實(shí)驗(yàn)室的各種檢測儀器,也開始為日常生活提供信息。
一切**機(jī)器的原型
“關(guān)鍵零部件和儀器儀表支持不夠,是中國裝備制造業(yè)的難題。”水下機(jī)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(jìn)裝備的基礎(chǔ)工作。
這個基礎(chǔ)說到底,是精密儀器——而科學(xué)儀器是其中*精密的,其他機(jī)器都發(fā)源于此。
蒸汽機(jī)可能是歷史上*重要的機(jī)器。**臺蒸汽機(jī),是氣壓學(xué)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(xué)的一個科學(xué)儀器工匠,對蒸汽機(jī)做出重要改進(jìn),他就是瓦特。
18世紀(jì)開始,購買科學(xué)儀器成為歐洲時尚,很快大批實(shí)用機(jī)械問世,這不是偶然的。機(jī)械發(fā)明家往往是科學(xué)儀器匠或鐘表匠(鐘表起初也是科學(xué)儀器)。英國是當(dāng)時科學(xué)儀器的世界中心,與它成為工業(yè)**策源地大有關(guān)系。
*高的精度來源于光學(xué)儀器。比如“工業(yè)之母”數(shù)控機(jī)床,它使用一種叫“光柵”的尺子,其標(biāo)刻的準(zhǔn)確度,決定了機(jī)床精度的上限。
*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*好的原子鐘,還有中國國家計量局不具備的長度傳遞標(biāo)準(zhǔn)。因此德國機(jī)床得以使用全球*準(zhǔn)的尺子。
**制造離不開精密儀器——往往就是科學(xué)儀器。有名的蔡司公司,既生產(chǎn)高質(zhì)量天文望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡,也生產(chǎn)照相機(jī)鏡頭和工業(yè)鏡頭,這并非跨界。光學(xué)儀器起初都用于科學(xué)。
飛馳的高速列車,軸承之所以不會折斷,要感謝光學(xué)儀器提供的高精度;摩擦*小的活塞引擎,壽命*長的噴氣發(fā)動機(jī),也離不開光學(xué)儀器“指正”。
發(fā)達(dá)工業(yè)國不僅有雄厚的科學(xué)儀器制造基礎(chǔ),而且政府也不敢輕視儀器**。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(xué)儀器業(yè)的**;歐盟前幾年斥資41億歐元用于輻射源和望遠(yuǎn)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(chǎn)業(yè)弱勢
今年初,中國政府宣布撥款8億元資助科學(xué)儀器,這是歷來*大的投入。但中國仍缺乏科學(xué)儀器的制造經(jīng)驗(yàn),目前國內(nèi)業(yè)界大多數(shù)是小作坊生產(chǎn),研發(fā)投入只占銷售額2%—3%。外國業(yè)界則為歷史悠久的巨型企業(yè)統(tǒng)治,研發(fā)投入平均占銷售額的十分之一。
在江蘇某市,已經(jīng)形成了一個儀器中心,有一百多個儀器企業(yè),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(jìn)的科研經(jīng)費(fèi)中,大頭用于購置各種**科學(xué)儀器,而這些儀器中國大多不能生產(chǎn)。2010年的科學(xué)儀器逆差,就接近100億美元。政協(xié)委員朱星參與的一項(xiàng)調(diào)研顯示,中國每年上萬億元的科研固定資產(chǎn)投資中,六成用于進(jìn)口設(shè)備,部分領(lǐng)域完全依賴進(jìn)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(guān)鍵零部件就只能依賴進(jìn)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(wěn)定性。40年過去了該器件仍依賴進(jìn)口,每年花掉該公司300多萬元。
制造精密的科學(xué)儀器,需要精密光學(xué)和特殊材料學(xué)的支撐,而這些領(lǐng)域強(qiáng)調(diào)的都是上百年的積累,無法一蹴而就。一個數(shù)據(jù)是:外國科學(xué)儀器公司的開發(fā)投入平均占銷售的10%,而我國僅占2%到3%,因此國產(chǎn)儀器只在中低檔市場徘徊。
國內(nèi)政協(xié)委員、物理學(xué)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(dǎo)體研究中取得了重要成果。“有些儀器的研發(fā)難度特別大,也不是短期就能做出來的。”趙忠賢認(rèn)為,原創(chuàng)性的先進(jìn)儀器是在國家的科研計劃,包括863計劃﹑973計劃以及科學(xué)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(shè)計能力及人才培養(yǎng),是一個綜合的結(jié)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(fā)達(dá)國家。”趙忠賢說。
兩會特別關(guān)注:科學(xué)儀器是**生產(chǎn)力