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      東華故事

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      堅持特色發展 助力航天事業
      發布時間: 2018-09-27    瀏覽次數:

          航天是當今世界最具挑戰性和廣泛帶動性的高科技領域之一,航天產業已成為國家的戰略高技術產業。從“神五”的首次載人飛天到“神七”宇航員的“太空漫步”再到如今“天宮一號”與“神八”的交會對接,我國載人航天的“三步走”發展戰略正在逐步實現,這其中離不開高??萍紕撔碌膹娏χ?。

          東華大學作為唯一以現代紡織為特色的“211工程”重點建設高校,堅持以特色學科引領發展,“產學研用”協同創新,厚積薄發,攻堅克難,承接并成功研發了一系列高新科技材料,在我國的航天事業深深烙上了“東華印”,為我國航天事業的發展奠定堅實的基礎。

      一、堅持特色,發展特色
          學校在60年的辦學歷程中形成了鮮明的紡織學科特色和產學研結合的辦學特色。通過兩者的良性互動,學??萍紕撔?、服務社會的能力得到有效提升。
      (一)特色學科引領發展
          特色學科是學校發展的基礎和財富。紡織、服裝、材料等是學校的傳統優勢學科。2007年以來,學校牢牢抓住建設有特色高水平大學的發展目標,堅持以學科建設為龍頭,堅持“增強特色、拓寬基礎、加強交叉、按需發展”的學科發展戰略,集中力量做大做強優勢學科,學校資源向紡織、材料、染整、服裝四個國家重點特色學科集中,特色學科優勢凸顯?!笆晃濉逼陂g,紡織學科擁有的國家級、省部級學科基地實現對整個紡織學科鏈和產業鏈的全覆蓋;“紡織科學與工程”2007年成為國家一級重點學科,2009年蟬聯全國該學科排名第一;連年獲得全國百篇優秀博士論文,包攬了該領域的全部全國百篇優博論文,生均獲獎指數名列上海高校第一;紡織類三大檢索論文總數名列世界十所著名同類院校第一。優勢特色學科水平和實力進一步提升,已具備成為國際一流學科的基礎。
          在特色學科茁壯成長的基礎上,學校堅持“特色帶整體,整體促特色”,依靠優勢特色學科,通過“自籌學科建設經費、采取學科特區制、與重點建設學科的交叉融合”等新機制,推動其他非傳統特色學科的迅速發展。學?,F有5個國家重點學科、7個上海市重點學科,5個博士后流動站、7個一級博士學位授權點、24個一級碩士學位授權點、53個本科專業,涉及十大學科門類。2011年,工程、化學、材料和物理等4個學科分別進入ESI國際基本科學指標數據庫相應學科領域的世界前1%。
      新時期,學校繼續把目光聚焦于國家和地方建設,通過學科交叉集群,實施學科的“按需發展”。學校以12個專業學院為依托,建設“新材料、節能環保、先進制造、時尚創意設計、現代服務”五大學科群。2010年又成立“東華大學研究院”,為學科交叉打造系統的合作平臺。一個“有特色、多科性、服務于創新型國家建設”的新型學科框架正在形成。
      (二)“產學研用”協同創新
          作為新中國第一所紡織高等學府,學校在參與紡織大國建設的進程中與我國的紡織工業形成了自然的緊密聯系,對我國紡織業具有很大的滲透力和影響力,并形成了產學研結合的辦學特色。學校通過“課題—研究—開發—應用”結合的長期實踐,構建了與現代紡織、高新材料等產業相對應的學科鏈,研發的系列高科技成果不僅對接著國家戰略需求,提升著人民生活品質,還促進著相關產業結構調整和能級提升。
          進入21世紀后,面對國家要從紡織大國進一步成為紡織強國的時代呼喚,學校堅持“急國家所急,想國家所想”,“以服務求支持,以貢獻求發展”,注重圍繞國民經濟和社會發展的重大需求,充分發揮特色學科優勢,積極發展與特色學科相關的國家及教育部的科研基地,構筑為行業服務的平臺;與企業、科研院所強強聯手,合作組建聯合研究中心、產品研發基地;聯合承擔重大高新技術產業化項目,通過“產學研用”協同創新研發出系列高科技成果,廣泛應用于紡織、新材料、建筑、環保、醫藥、農業、航空航天和國防等領域。
          2007年以來,學??萍紕撔?、服務社會的能力顯著增強。一批科研項目分別入選國家“973”計劃、“863”計劃、科技支撐計劃、國家自然科學基金重點項目、國家杰出青年基金項目、教育部創新團隊發展計劃、高??萍紕撔鹿こ讨卮笈嘤Y金項目和上海市重大、重點研究計劃項目等;2007年以來獲得國家科技獎12項,并實現學校在國家發明二等獎、上海市自然科學一等獎上零的突破;有效專利數在全國高校中排名第12位;國家級和省部級科研基地增至13個??萍汲晒?,既有推動社會經濟發展的“立地”項目,如上海市“科教興市”首批29個重大科技攻關項目Lyocell綠色纖維等,更有事關國家戰略安全和航空航天事業的“頂天”項目,如成功應用于“天宮一號”、“神舟”系列飛船等航天工程的玻璃纖維經編網格、艙外航天服外層防護材料、艙內外航天服暖體假人等成果。
      二、厚積薄發,助力航天
          學校依托紡織、材料、服裝等重點學科,厚積薄發,攻堅克難,承接并成功研發了一系列高新科技材料,為我國航天事業的發展奠定了堅實的基礎。
      (一)為飛行器護航
          2011年9月29日21時16分,承載著中國人宇宙夢想的“天宮一號”點火發射,25分,“天宮一號”進入預定軌道,28分,太陽能電池帆板展開……“天宮一號”用其“完美翅膀”開始遨游太空。這一翅膀正是由學校產業用紡織品教育部工程研究中心主任陳南梁教授領銜的團隊,與南京玻璃纖維研究院等單位強強聯手,進化了傳統的紡織技術,研制出的“半剛性電池基板玻璃纖維網格”(下簡稱“半剛玻纖網格”)羽化而成。
          “半剛玻纖網格”是一種以玻璃纖維為原料、采用經編工藝生產的高密度高品質經編織物,主要用于安裝“天宮一號”電池帆板。和以往高軌衛星不同,“天宮一號”在空間站低軌環境飛行,該空間原子氧含量極為豐富,電池帆板不適合像往常那樣粘在合金材料上;而且低軌道環境中太空垃圾很多,電池帆板的支撐材料必須抗沖擊。由學校研制的“半剛玻纖網格”,不僅讓電池帆板在發射飛行的巨大震動中可以穩穩“抓牢”網格,還幫助電池帆板成功“瘦身”,讓“天宮一號”飛得更輕盈。
          除了“半剛玻纖網格”,學校研發的“航天級高純粘膠基碳纖維”、“高性能介質玻璃封裝材料”、“儀表特種玻璃”等均為航天飛行器的運行提供保障。其中,“航天級高純粘膠基碳纖維”采用國產原絲,自主研發了有機和無機混合催化體系、連續鈍化工藝、空氣介質低溫熱處理和兩段排焦等原創技術,解決了六大關鍵技術難題。
          事實上,“航天級高純粘膠基碳纖維”的攻關之路并不平坦?!疤祭w維、高強高模聚乙烯纖維、間位芳綸”被公認為世界三大高性能纖維,廣泛地運用于“國防軍工、航空航天”等高科技領域。但長期以來,少數發達國家對其實行技術封鎖和市場壟斷。為了實現我國高性能纖維從“無”到“有”和“產業化”,國家科技進步獎獲得者,學校材料學院碳纖維課題組負責人潘鼎教授及其團隊臨危受命,不分晝夜,做了無數次實驗,最終踐行承諾。目前該材料已在學校形成規模生產,工藝成熟、產品質量穩定,深得航天軍工部門的好評。
          由學校高級工程師韓文爵領銜的團隊研發的“高可靠鈍化玻璃”通過軍工基地做成軍標器件產品用到“神舟”系列航天載人飛船的多處組件上。將該種玻璃用在控制系統大功率整流器件上,能提高大功率整流器I/V硬特性,抵抗太空中因過高高溫和過低低溫變化劇烈引起的炸裂,還能防止太空光子、中子、質子等粒子的強輻射,保證控制精度和顯示成像。
          另外,“無毒輕質防火隔熱材料”是用于空間飛行器蒙皮內襯的一種輕薄型隔熱復合材料。該材料采用“云片糕”式結構,將不同性能的材料疊層復合,使其具有耐溫、耐濕、耐高低溫沖擊、絕緣性高、導熱系數小、厚度薄、表面輻射率低、無毒性等14項優異性能。
      (二)為航天員解憂
          學校除了致力于為航天飛行器保駕護航,就連宇航員“最貼身的保護”也考慮在內。由學校袁琴華教授領銜的團隊研制的“HYF航天衛生材料系列產品”為“神舟”系列航天員的起飛、返回以及出艙工作提供了不同版本的“技術支持”。在宇航員開展太空之旅過程中,由于太空失重狀況,其生理排泄不免成了大問題。于是,“太空方便”課題在1992年國家“921”載人航天工程研究項目確立伊始,便列為研究課題。學校在“神五”時,開始承接航天員尿液收集裝置的研發工作,先后研發出“HYF尿收集裝置”Ⅰ型和Ⅱ型,分別運用在“神五”、“神六”飛船上,為航天員的生活提供保障。
          在研制的最初期,按照技術要求,該收集裝置必須達到對人體24小時的尿量迅速完全地吸納,不反溢,要減少氨氣對航天員的毒害,要對人體皮膚無傷害。學校發揮材料與染整學科所長,從研究人體尿液成分開始,試驗了無數種吸濕材料、抗菌材料,最后以8種紡織材料復合而成吸尿量大、吸收快、抗菌除臭且脫卸方便的高效“尿不濕”內衣。
          與“神五”、“神六”不同的是,“神七”航天員要出艙活動,這對尿收集裝置研制提出了更高的要求。為了讓航天員們出艙工作更舒適,“神七”尿收集裝置首先進行了減重,并且考慮了吸收尿量更快、更大,而且加壓也致溢出。目前,該項成果已申請國家發明專利,具有完全自主知識產權,并已定型生產。
          除了尿收集裝置給予宇航員“最內層”的呵護外,學校研制的“艙外航天服防護材料”也為宇航員提供了“最外層”保護?!吧衿摺焙教靻T需在艙外作業20分鐘,艙外環境之惡劣非一般人所能想象,兩分鐘內溫差就達到300度,大氣壓為0,有無數流體粒子的撞擊。因此,“神七”艙外服與“神五”、“神六”的艙內服相比:艙內服只有十幾公斤重,艙外服則要達到120公斤,它的作用遠遠超過肌體保護,不僅要為航天員出艙提供適當的大氣壓力、足夠氧氣、適宜溫濕度,而且要具備防輻射、防撞擊、保障通信的諸多功能??梢哉f它不僅是衣服,而是一套功能完備的系統,它必須成為一道阻擋一切威脅的堅固屏障。其中,它的外層防護材料則是這道堅固屏障功能展開的關鍵。
          學校自承擔這一國家“863”計劃項目研究起,校領導就親自“點將”9個學科的相關專業人才,最終研究出了保障宇航員太空安全行走的特殊防護材料。該材料在抗高溫、抗輻射等指標上實現了突破。而且,這一將高性能纖維材料、現代高科技的織造技術以及材料涂覆技術有機結合的材料,軟硬適中,制成后,整個外殼的重量不超過100克,十分輕便。
          航天服制造技術的瓶頸——外層防護材料問題解決了,航天服制造出來了,但是是誰第一個穿上它?答案不是航天員,而是“暖體假人”。因為直接讓宇航員試穿航天服,有著巨大的風險,此時,由學校張渭源教授和他的團隊研制的黑色仿生假人——暖體假人就承擔了替航天員“吃螃蟹”的光榮任務。
          作為一種航天員產熱與散熱規律的模擬系統, 身高1.68米的暖體假人能模仿人在不同狀態下的代謝反應以及應有的皮膚溫度,以此來定量化地測評航天服的熱學性能。2009年,學校的該項研究成果獲年度中國紡織工業協會“紡織之光”科技二等獎。在“天宮一號”空間站建設的未來項目中,學校的暖體假人仍將大展身手。
          另外,值得稱道的是,暖體假人家族最近又添新成員——東華“火人”(燃燒假人)。2011年9月,歷時3年建設的國內首個燃燒假人實驗室在學校建成。該實驗室包括模擬中國人體型構造、身高1.75米,全身均勻分布135個高溫傳感器,可在不同活動姿勢下精準感知高溫熱流、精確預報身體皮膚燒傷程度的燃燒假人,以及高仿真模擬火場高危環境的燃燒模擬環境實驗室。燃燒假人系統對于研發熱防護新型服裝材料,科學合理設計熱防護裝備,有效遏制火災、戰場和熱輻射等危險環境對人體造成的熱傷害具有重大的科學價值。
          細細數來,從為國家一號戰略武器作出重要貢獻的“航天級高純粘膠基碳纖維”,到在“神舟”系列載人航天飛船中得以應用的“艙外航天服外層防護材料、艙外航天服暖體假人系統、高可靠鈍化玻璃、宇航員排泄物收集裝置”,直至為“天宮一號”編織能源動力“翅膀”的“半剛性電池基板玻璃纖維網格”……,在航天技術領域,學校的科研人員不懈努力,取得了不菲成績。而所有成績的取得均與學?!坝刑厣?、多科性、高水平大學”的辦學理念密切相關,是學校60年辦學歷史深厚積淀的結果。
      三、借力航天,和諧發展
          學校按照“重點投入、重點建設、重點突破”的思路準確定位,集中人力、物力和財力,拓展特色學科的優勢,取得了一系列科研成果,充分體現了學校助力國家航天事業的優勢,也發揮了學校在國家創新體系中的作用。
      (一)百舸爭流齊發展
          學校轉變傳統觀念,突破學科界限,促進材料和紡織這兩個“強強學科”之間的融合,將傳統的“紡織”納入到“材料”的概念,延伸到國民經濟發展的各個領域,更好地為社會經濟服務,讓人們從新的視角認識東華,關注東華,這也是對傳統優勢學科的突破和發展,使傳統優勢學科煥發青春,并形成“特色帶整體,整體促特色,特色與非特色之間互相支持、共謀發展、相得益彰”的學科建設新局面。
      (二)科技創新譜新曲
          學校一直致力于“聚焦國家、行業、地方重大需求和科技創新重大任務,積極承擔973、863、支撐計劃等國家和地方重大、重點項目,進一步提升學校服務國家、地方戰略,承擔國家、行業、地方重大任務的能力”的科技創新目標,在助力國家航天事業的同時,學校也充分借力于航天事業,依據國家和地方中長期科技發展規劃綱要,瞄準高新技術產業化和戰略性新興產業發展,以及國家紡織產業科技創新等需求,結合“985”優勢學科平臺、“211工程”建設項目等,依托國家和部省級重點實驗室和工程研究中心,強化學校層面東華研究院交叉學科平臺、學院層面學科核心平臺以及科研基層組織層面的學術團隊建設,形成高水平科技創新體系。
          學校將繼續從助力中借力,在借力后繼續助力。不僅繼續發展傳統特色學科的優勢,創新體制和機制,促進特色學科自身和學科間的和諧發展,并努力形成新興學科與傳統特色學科不斷交叉融合,和諧發展。為學校形成高水平大學建設的學科生態基礎,在航空航天、國防建設、大飛機制造、節能減排、新能源開發等更多關鍵技術領域為創新型國家建設作出新貢獻。
      (沈潔、張燕、崔敏華、張慶華)

      參與“神州五號”飛船材料研制獲嘉獎

      東華大學半剛性玻纖網格面板

      潘鼎研究碳纖維

      中國載人航天工程辦公室證書


       
       
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