白日放歌科研路 青春作伴砥砺行——记无毒推进剂过氧化氢催化技术工程应用研究历程(《中国科学报》2019-07-02)

  来源:《中国科学报》

  发布时间:2019-07-02

  ■丛静 徐德祝 丛昱

  伴随着科技领域深化改革的春风,1998年,中国科学院率先实施知识创新工程,中国科学院大连化学物理研究所(以下简称化物所)有幸成为试点单位,迎来了新一轮的发展高潮,捷报频传。我们所在的催化与新材料研究中心也在这时开展了无毒推进剂过氧化氢催化分解技术的研究,历经十年拼搏磨砺、艰苦攻关,完成了国家重大工程项目的试验任务,并获得了2008年国家技术发明奖二等奖,为化物所知识创新工程添上了一抹亮彩。

  多年之后,我仍会回想起2002年秋的那个夜晚。当时已是夜里12点了,化物所山上的一间平房实验室依然有灯光隐隐透出,时任研究组组长的张涛老师和几位年轻技术人员在开会讨论新型引射气源技术的工作。那时那刻讨论的具体话语已记不清晰,但那夜的灯光仿佛就在眼前,如卷画面,历历在目。

  从零开始

  1996年,为解决当时国家某重大科研任务面临的难题,张涛老师根据长期从事肼分解研究的理论和经验,提出将无毒推进剂过氧化氢分解技术应用于新型气源的设想。当时国内外都没有相关文献信息,可参考的资料非常少,这一设想能不能实现、如何实现,巨大的难题摆在了研究组面前;同时,对外申请课题也是处处碰壁,迟迟得不到立项支持。

  在这种情况下,张涛老师认为无毒推进技术是以人为本,保护环境,未来必将具有不可替代的优势。因此研究组自筹经费,组织开展了过氧化氢分解等多项无毒推进的研究工作。事后看来,当时张涛老师的决定可谓是高瞻远瞩、未雨绸缪。

  到化物所实施知识创新工程时,过氧化氢催化分解项目得到了首届化物所知识创新工程基金的支持。研究组抓住这一契机,迅速开展新型驱动气源的开发工作,其核心问题是高效能催化剂的研制。在研制过程中,团队优选了一种三元复合金属氧化物催化剂,成功降低了工程应用成本;在此催化剂基础上,进行了大量气体发生器试验,并完成了新型气源的概念设计,进而开展工程化研究。在国家“863”课题持续不断的支持下,过氧化氢催化分解技术终于迈出了从无到有、从小到大、从概念设计到工程应用的坚实步伐。

  初战告捷

  经过数年的前期准备和大量的探索性试验,2000年我们对单台气体发生器的考核已经过关,具备与总体引射器对接进行联试的能力,2001年便开始着手准备与总体单位开展引射气源原理性试验。

  由于对接试验所用催化剂用量较大,且试验时间紧张,原来实验室级的催化剂制备规模满足不了工程要求,催化剂必须从百克制备量级放大到百公斤制备量级。研究组又迅速开展了催化剂放大的工作。当时向八室借了一台2米长的焙烧炉用于催化剂焙烧,其他工序在原来我组实验小楼最底层完成。经过紧张的筹备和生产,催化剂如期保质完成,保证了项目的顺利进展。

  合作总体单位在四川一座大山深处,只有一条蜿蜒曲折的道路与外界相连。2001年夏天,我们几个年轻人第一次来到联试试验现场。到了现场大家才发现,给我们准备的试验场地和实验室可谓是“家徒四壁”。几个人花了大量时间做准备,所需一切用品都由参谋带我们去几十公里外采购。

  联合调试前,我们经常白天参加技术人员的讨论会议,确定试验方案,晚上和参试官兵、工人连夜安装调试,第二天进行试验。如此反复,经过充分论证,以及前后两个多月的精心准备,我们的原理验证试验顺利完成,取得了初战胜利。

  再接再厉

  随着工作的进展,气源设计输出功率继续放大,其工程化的特点愈加显著,同时在实践中不断出现难以预料的问题。

  一次联试时,发生器的支板破裂,在挤推压力下,里面的催化剂像水柱般喷涌而出。我们紧急加班赶制了40多公斤催化剂,填补空缺,试验才得以继续进行。为解决这一问题,张涛老师带领大家讨论,提出限位结构的办法,有效防止了催化剂材料在发生器中破碎,取得了工程实现的效果。

  凡此种种,无不表明工程化应用过程是一个不断发现问题,不断解决问题的过程。成功没有捷径,我们一步一个脚印,向目标迈进。

  2003年,在新型气源样机研制的关键时期,SARS突然暴发,总体单位要求我们“后墙不倒”,必须按期完成任务。当时研究组在金家沟建立了新的催化剂生产线,那里的实验室没有固定电话,没有手机信号,更没有食堂,被我们称为“世外桃源”。

  催化剂到位后,就是紧张的现场设备安装调试。当时张涛老师任副所长,工作安排较多,但他仍然经常到现场和大家讨论工作,重要的试验都参加。好几次他从成都下飞机再到试验基地,都是半夜才到招待所。一次,张涛老师从调试台不锈钢梯子上滑了下来,腰闪到了,一连几天都见他用手扶着腰。还有一次徐德祝从调试台上下来时,一脚踩空,整个人摔下去,脸摔破了皮,牙齿也磕断了。这都是连续长时间加班身体疲劳导致的,但大家全部的注意力都在工作中,没人喊苦喊累。

  有一次,水击压力把流量阀顶漏了,当时控制屏幕显示过氧化氢储罐温度急剧上升,有极大爆炸危险。随着屏幕上红色数字的跳动,每个人的心脏也在缩紧。张涛老师一个箭步冲到过氧化氢储罐前,伸手去摸不锈钢罐体温度,然后从容地告诉大家:实际罐体还是凉的,说明电控系统有误。经检查发现,是水枪把部分控制线路淋到了,现场众人不由得长出一口气,同时也对张涛老师的果敢与勇气深感敬佩。

  在试验调试过程中,我们还自己绘制了工艺流程CAD仿真图,依据该图可以校正管路、零件的连接错误,并且能直观地看到流程系统各部分情况,令人耳目一新,更让以工程为主业的总体单位感受到化物所的综合技术实力。

  我们的团队就这样边试验边总结经验教训,边进行新一轮的设计和建设,两期工程样机都先后投入运行,参加了外场全系统演示验证试验。

  完美收官

  最后的外场试验基地位于茫茫大漠,距离机场好几个小时的路程,沿途所见都是戈壁和荒滩,仿佛与世隔绝,一路上只有大大小小的龙卷风相伴。环境虽然恶劣,但因为我们前期试验准备充分,联试时与其他系统实现了完美对接,试验结果非常圆满,也充分证明了我们技术的科学性和可靠性。由我们研究组开发、研制的两期新型气源样机,先后两次参加联合演示验证试验,在试验中发挥了巨大作用,完成了国家重大试验任务。2009年1月9日,人民大会堂,张涛老师从国家领导人手中接过了国家科技发明奖二等奖的奖状。

  回顾整个项目过程,压力和困难很大,新问题不断涌现,但张涛老师沉着乐观,带领我们一路披荆斩棘,给了我们极大信心,团队里始终洋溢着奋发向上的精神。大家的潜能不断被挖掘,一步步向前,一点点成长。十年磨一剑,直至圆满完成任务。

  还记得某次阶段调试成功后,张涛老师在一次所大会上说,“……阶段工作,由几个平均年龄不到30岁的年轻人完成……”,现在,年轻人已经成为年近50岁的人了。山不厌高,海不厌深,在时光的穿梭中,我们催化与新材料研究中心几代人的精神,仍在继续着,也将永远延伸和发扬!

  作者简介:

  丛静,女,1974年生于辽宁省,高级工程师,催化与新材料研究中心肼分解催化剂组科研人员。

  徐德祝,男,1968年生于山东省,正高级工程师,现任催化与新材料研究中心固体推进技术研究组组长。

  丛昱,女,1969年生于黑龙江省,研究员、博士生导师,现任催化与新材料研究中心碳氢燃料与催化应用研究组组长。

  以下是该媒体报道地址:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/7/347355.shtm

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