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壯麗70年 奮鬥新時代——哈工大科學研究領域的“世界第一”

2019年10月02日 新聞網 瀏覽次數:1558

哈工大報訊(季萱/文)習近平總書記強調,科技是國之利器,國家賴之以強,企業賴之以贏,人民生活賴之以好。中國要強,中國人民生活要好,必須有強大科技。新中國成立70年來,“立足航天、服務國防、面向國民經濟主戰場”逐漸成為哈工大鮮明而獨特的辦學特色和宗旨。從新中國“第一”,到“世界第一”,哈工大始終堅持面向國家重大需求,面向國際科技前沿,在多個領域取得一個又一個標誌性成果,為新中國建設和改革開放事業做出了重要貢獻。本文選取哈工大在科研領域達到“世界第一”水平的部分成果,共同領悟哈工大人“不忘初心、牢記使命”的責任擔當。2020年,哈工大將迎來建校百年,與國家發展同向同行的哈工大人,一定會交上一份讓黨和人民滿意的答卷。


哈工大無模脹形技術——世界球罐加工技術領域的首創


在哈工大校園裏,多年來佇立的一個寓意“知識就是力量”的球形雕塑,早已成為師生眼中最熟悉的“風景”,也成為哈工大校園的一個文化地標。

這個球形雕塑所採用的無模脹形技術就是對100多年來球罐製造技術產生根本性變革、世界球罐加工技術領域首創的一項重要技術,曾榮獲第36屆布魯塞爾國際博覽會尤里卡發明金獎、國家技術發明獎和國家科技進步獎。而這項技術的發明人,就是被譽為“球王”的王仲仁教授。

20世紀90年代的第一個秋天,北京亞運聖火燃燒在億萬人民心中。在第十一屆亞運會上,位於北京奧林匹克體育中心田徑場東側的一個新穎別緻的藝術造型,蔚為壯觀,十分令人矚目。這是一個直徑4米、重3噸的橘紅色大型鋼鐵藝術造型,從遠處看像一輪初升的太陽冉冉升起,從側面開口處看像一枚點燃的火箭即將騰空。其構思奇特精妙,給人以美的享受,為亞運會增光添彩。這個別具一格的精美造型就採用了一種新的工藝——王仲仁教授發明的無模脹形技術。

以往球罐製造均採用在壓力機上用模具將平板加工成球形殼板,再由球形殼板組裝焊接成球罐的工藝。王仲仁發明的這項“球形容器無模脹形新工藝”從內部加壓使多面殼體變成圓球,既不需用壓力機,也不需用模具。採用該技術製造的液化氣球形儲罐、壓力供水罐、球形供水塔等一批設備運行狀況均良好。此外採用該技術還製造了青島市“五月的風”、哈爾濱博物館廣場藝術球及哈工大校園內的尤里卡球等多個大尺寸球形裝飾。(來源《哈工大報》)

2000年王仲仁教授在尤里卡球前(資料片)

王仲仁教授在試驗球旁(資料片)


哈工大研製成功國際首個星箭一體化飛行器


“快舟星箭一體化飛行器技術及應用”2014年入選“中國高校十大科技進展”。該項目成果在國際上首次提出並實現了星箭一體化設計的理念和方法。利用該成果研製的“快舟一號”衞星於2013年9月25日成功發射。

該項成果是在國家“863計劃”重點支持下取得的一項原創性成果。針對突發災害應急監測和搶險救災信息支持的迫切需求,解決飛行器快速研製、快速發射、快速應用的核心技術問題,實現了我國固體運載器機動發射衞星首次成功,創造了我國遙感衞星最快成像紀錄。項目總體指標國內領先、國際先進,開闢了我國快速響應空間技術發展的新途徑,取得了重大的經濟和社會效益。

“快舟一號”在巴基斯坦阿瓦蘭地震、台灣花蓮地震、新疆于田地震、四川冕寧縣森林火災、霍尼亞拉洪災、馬航MH370客機失聯、中國科考船“雪龍號”破冰支援等災害發生後,及時實施了災情監測,快速獲取了災害信息。

“快舟一號”作為我國首顆具有快速響應能力的衞星,還應用在工程建設、土地利用、採礦區開採、水文、環境等實時監測方面,為國內19個省份61家用户單位提供了高質量遙感影像。(來源:《哈工大報》)

“快舟一號”小型運載火箭(科普中國)

衞星團隊部分成員在研製現場(吉星 攝)


哈工大研製的全球首創反射面結構系統成功應用於FAST項目


2016年9月25日,有着超級“天眼”之稱的500米口徑球面射電望遠鏡(簡稱FAST)在貴州省平塘縣的喀斯特窪坑中落成啓用。從理論上説,“天眼”能接收到137億光年以外的電磁信號,這個距離接近宇宙邊緣。中國的這個“天眼”之所以能看得這麼遠,還這麼準,有一項全球首創的技術發揮着至關重要的作用,它就是由哈工大研究人員主要承擔和完成的FAST項目主動反射面結構系統。

“天眼”由中國科學院國家天文台主持建設,從概念到選址再到建成,耗時22年,是具有自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡。FAST項目由主動反射面系統、饋源支撐系統、測量與控制系統、接收機與終端、觀測基地等幾大部分構成。哈工大空間結構研究中心沈世釗院士、範峯教授、錢宏亮教授為首的研究團隊,自2003年起全程參與了FAST項目結構系統的預研、可行性研究和初步設計,提出的主動反射面結構方案和多項關鍵技術成功應用於FAST項目,為超級“天眼”的國家立項和落成啓用提供了強有力的技術支撐和保障。

由於哈工大在FAST項目中作出的突出貢獻,2010年,中國科學院國家天文台將1996年6月7日發現的小行星命名為“哈工大星”,哈工大成為全國為數不多的獲小行星命名殊榮的高校。“天眼”落成當天,沈世釗院士、範峯教授、錢宏亮教授到現場見證了這一歷史時刻。(來源:《哈工大報》)

FAST模型(資料片)

媒體報道


哈工大空間機械手在“天宮二號”上實現國際首次人機協同在軌維修科學試驗


2016年11月9日下午,中共中央總書記、國家主席、中央軍委主席習近平來到中國載人航天工程指揮中心,觀看了天宮二號航天員與空間機械手的人機協同在軌維修科學試驗。在電視畫面中,手控機械臂至預定位置、機械手和機械臂動作、機械臂復位和數據手套狀態恢復,航天員精準完成一連串試驗動作。

人機協同在軌維修技術試驗為國際首次,由哈工大與中國航天科技集團公司第五研究院、北京理工大學共同完成。該項試驗主要面向航天設備在軌組裝及拆卸任務,探索人機協同完成在軌維修典型作業,為空間機器人在軌服務積累經驗。

天宮二號空間機械手由哈工大研製,包含多感知柔性機械臂、五指仿人靈巧手、控制器及其軟件、手眼相機、人機交互設備及其軟件等。研製團隊在三年研製週期內,完成了產品研製、地面操作試驗、空間環境適應性試驗等工作。2016年9月15日,空間機械手隨天宮二號發射入軌。2016年10月19日,天宮二號與神舟十一號對接後,航天員與機械手協同完成了拿電動工具擰螺釘、拆除隔熱材料、在軌遙操作等科學試驗。人機協同在軌維修試驗是天宮二號三大關鍵試驗任務之一,航天員地面培訓共計10人天、在軌操作共計80人時。截止2016年11月13日,圓滿完成全部試驗任務。人機協同在軌維修技術將為實現我國空間站的高效、安全運營提供重要保障。(來源:《哈工大報》)

機器人靈巧手(蘭鋭 攝)

天宮二號航天員與空間機械手進行人機協同在軌維修科學試驗(央視網)


“新一代磁聚焦型霍爾電推力器”在國際上首次實現空間應用


2016年1月3日,由哈工大能源學院於達仁教授團隊、材料學院特種陶瓷研究所和航天五院502所聯合研製的我國新一代磁聚焦型霍爾電推力器HEP-100MF在實踐十七號衞星上採用,該衞星搭載“長征五號”運載火箭在海南文昌衞星發射中心發射成功。11月22日,推力器在地球同步軌道點火成功,標誌着磁聚焦型霍爾電推力器在國際上首次實現空間應用。

於達仁教授團隊針對傳統霍爾推力器噴流發散角大,束流對壁面的轟擊降低推力器的壽命、比沖和效率等問題,在國家傑出青年基金、國家自然科學基金創新研究羣體和基礎科研等項目支持下,開展了等離子體流動控制和磁聚焦方法研究,先後突破了霍爾推力器的寬範圍磁聚焦技術、熱電磁耦合設計技術、低頻振盪控制技術、低功耗高可靠空心陰極、耐濺射氮化硼特種陶瓷材料等關鍵技術,實現了航天飛行樣機的小羽流發散角高性能可靠穩定放電,羽流發散半角15°,居國際領先水平,比衝較國際同類型號SPT100提高20%,大幅降低了推力器燃料消耗和羽流對航天器的影響,為我國新一代長壽命航天平台提供了具有自主知識產權的新一代霍爾電推力技術,可廣泛應用於空間站、深空探測、高低軌地球衞星軌道控制等領域。(來源:《哈工大報》)

於達仁教授與團隊在一起(馮健 攝)

磁聚焦霍爾推力器(中國衞星導航定位應用管理中心)


哈工大牽頭啓動我國十萬人基因組計劃 系目前世界最大規模


    2017年12月28日,我國啓動“中國十萬人基因組計劃”,這是我國在人類基因組研究領域實施的首個重大國家計劃,也是目前世界最大規模的人類基因組計劃。

    此次啓動的“中國十萬人基因組計劃”覆蓋地域包含我國主要地區,涉及人羣除漢族外,還將選擇人口數量在500萬以上的壯族、回族等9個少數民族。科學家們希望通過繪製中國人精細基因組圖譜,來研究疾病健康和基因遺傳的關係。

    基因是DNA上有遺傳效應的片斷,人類的生、老、病、死等都與基因有關。而基因組和基因是整體與部分的關係,人類基因約有25000個,基因組研究的目的就是要把人體內這25000個基因的密碼解開,從而破譯人類的遺傳信息。此次基因組計劃,就是要繪製我們民族的基因圖譜。

    項目首席科學家王亞東教授説,主要目標是研究中國人從健康到疾病是怎麼轉化的,為中國的醫學研究或者是臨牀診斷、治療疾病提供參考。按照計劃,整個項目將在四年內完成全部的測序與分析任務,這也將是當前世界上推進速度最快的基因組工程。(來源:中央電視台)

王亞東教授介紹中國十萬人基因組計劃(資料片)

央視報道中國十萬人基因組計劃(央視網)


國際首次高軌衞星對地高速激光雙向通信試驗成功


    2018年1月23日從國防科工局、國家航天局獲悉,我國新一代高軌技術試驗衞星實踐十三號搭載的激光通信終端,成功進行了國際首次高軌衞星對地高速激光雙向通信試驗。此次試驗由哈工大馬晶、譚立英教授所帶領的衞星激光通信團隊負責。團隊取得了多項技術突破,攻克了多項國際難題。

    據介紹,試驗任務達到預期效果,取得圓滿成功,標誌着我國在空間高速信息傳輸這一航天技術尖端領域走在了世界前列,為後續天地一體化信息網絡國家重大科技工程的實施奠定了堅實基礎。

    衞星激光通信具有通信容量大、傳輸距離遠、保密性好等優點,是建設空間信息高速公路不可替代的手段,也是當前國際信息領域的前沿科學技術。尤其是高軌星地激光通信技術,技術難度極大,是當前各國競相開發的熱點。    

    國防科工局有關負責人表示,衞星激光通信實現創新跨越發展,是我國航天科技自主創新的典範。哈工大項目團隊堅持自主創新,研製了5代適應不同軌道衞星的終端產品,實現了衞星激光通信終端從無到有、從大到小、從重到輕、從低軌到高軌的重大跨越,構建了高軌、低軌和地面的激光通信試驗試用體系,為超大容量高分辨率對地觀測數據中繼和傳輸提供了技術支撐。(來源:新華社)

馬晶譚立英教授團隊(馮健 攝)

媒體報道


哈工大在世界上首次試製出直徑3m級運載火箭燃料箱整體箱底


    2018年11月18日,記者從哈工大獲悉,苑世劍教授團隊提出的新一代流體高壓成形技術攻克了超大超薄曲面整體結構成形中起皺和開裂缺陷並存的國際性難題,在國際上首次直接成形出運載火箭直徑3m級燃料貯箱薄壁整體箱底,成功摘得火箭上的“王冠”。

   據介紹,燃料貯箱箱底被譽為火箭上的“王冠”。因為燃料貯箱是運載火箭的主體結構,由筒體、叉型環和箱底組成,但箱底受力複雜,是影響全箭可靠性的關鍵構件。苑世劍教授團隊提出的“雙向可控加壓流體高壓成形新技術”解決了深腔曲面件起皺與破裂並存的難題,突破現有技術的成形極限。

    為實現該技術在工業上的應用,哈工大流體高壓成形技術研究所聯合航天等部門,自主研製出超大型板材流體高壓成形機。該板材流體高壓成形機是目前世界上最大的薄板液壓成形機,成形力和高壓液體體積分別是此前國外同類最大設備的1.5倍和10倍。該團隊採用多路增壓器並聯同步控制技術,解決了超大體積高壓液體增壓與調控難題。

    此前在長征七號運載火箭研製中,該研究所採用具有自主知識產權的流體高壓成形技術,在國際上首次研製出整體結構五通件,大幅提高了低温燃料增壓輸送系統的可靠性,為中國運載火箭升級換代起到了不可替代的作用。(來源:《科技日報》《哈工大報》)

苑世劍教授團隊在工作中(馮健 攝)

超大型板材流體高壓成形機及整體箱底(科技日報)


全球首個獨立完成地月轉移、近月制動、環月飛行的微衞星“龍江二號”圓滿完成環月探測任務


    2018年5月21日,“龍江二號”繞月小衞星隨嫦娥四號任務“鵲橋”號中繼星搭載發射,2018年5月25日22時順利進入環月軌道,成為全球首個獨立完成地月轉移、近月制動、環月飛行的微衞星。哈工大成為世界首個將微小型航天器送入月球軌道的高校。

    “龍江二號”整星重量僅47公斤,設計壽命1年,實際在軌運行437天,圓滿完成了既定任務目標。2019年7月31日22時20分,在地面飛行控制人員的精心操控下,“龍江二號”月球軌道超長波天文觀測微衞星,按計劃在月球背面預定區域受控撞月。該項目的成功實施,探索了一種低成本深空探測的新模式。

    “龍江二號”在完成技術試驗和探測任務的同時,還大大促進了民間的國際交流。衞星發射前,哈工大研製團隊不僅完成了國內四個地面站的準備工作,還聯合日本和歌山大學、荷蘭德文格洛25米射電望遠鏡等全球40多個UV地面站參與了數據接收,2019年2月,中方團隊與荷蘭、德國合作伙伴拍攝的“最美地月合影”照片在英國《獨立》報和美國《科學》雜誌上刊發,引起廣泛關注。(來源:《中國探月工程》)

龍江二號(吉星 攝)

龍江二號拍攝的地月合影登上《科學》雜誌(資料片)


國際首次解析T細胞受體-共受體複合物(TCR-CD3)結構


    2019年8月28日,我校生命學院黃志偉教授團隊在《自然》(Nature)上在線發表題為《人T細胞受體-共受體複合物組裝的結構基礎》(Structural basis of assembly of the human TCR-CD3 complex)的研究文章(Article)。該研究首次解析了人T細胞受體-共受體(TCR-CD3)複合物(包含全部8個亞基)的高分辨率冷凍電鏡結構,通過對結構分析,揭示了TCR和CD3亞基在膜外側以及膜內識別、組裝成功能複合物的分子機制,從而回答了免疫領域關於T細胞受體結構的基礎科學問題,對解析T細胞活化的分子機制具有重要的科學意義,同時也為開發基於T細胞受體的免疫療法提供關鍵結構基礎。

    研究團隊首先對不同人的細胞庫進行目的TCR的篩選確定研究對象,通過化學交聯辦法純化蛋白複合物樣品,通過冷凍電鏡解析了第一個來源於人的TCRα/β-CD3複合物的3.7 Å的高分辨率結構(圖一)。該TCR-CD3複合物結構包含完整的胞外結構域(ECD)以及所有跨膜區域,結構顯示其由1:1:1:1的TCRα/β:CD3γ/ε:CD3δ/ε’:CD3ζ/ζ’八聚體亞基組裝形成,這與之前的生化研究結果一致。TCR-CD3複合物的胞外區域由TCRα/β的恆定區以及連接胞外和膜內的連接肽結合CD3的γ/ε和δ/ε’兩個二聚體模塊組裝而成,TCR-CD3複合物胞外區域的組裝在接近細胞膜的外側形成類三次對稱的結構,TCRβ亞基的恆定區位於該三次對稱結構的中心位置。CD3膜內部分由ζ/ζ’亞基的兩個跨膜螺旋和γ/ε以及δ/ε’亞基的跨膜螺旋結合形成桶狀構象。TCR-CD3複合物膜內組裝由TCRα/β的兩個跨膜螺旋通過疏水和電荷作用插入CD3筒狀跨膜結構中形成(圖二)。因此,TCR-CD3各亞基近膜側的連接肽以及膜內區域的強相互作用對整個複合物的組裝起着關鍵作用。研究團隊將該複合物結構與結合有pMHC的TCRα/β胞外的區域結構比較發現,pMHC的結合並沒有引起TCRα/β結構的明顯變化。

    文章審稿人對該項研究給予高度評價:“該研究工作代表了細胞適應性免疫的分子機理研究的一個重要里程碑。通過闡明第一個在膜上組裝的T細胞受體和其CD3共受體的結構,極大地增加了我們對T細胞識別抗原反應的激活機制的理解。”(來源:《哈工大報》)

黃志偉教授介紹研究成果(劉洋 攝)

黃志偉教授與團隊在一起(劉洋 攝)


編輯:孟曉輝