25年“死磕”降溫神器，他們為中國補齊這塊短板

這是一個不經常申報獎項的團隊，團隊成員也很少在國際期刊上發表論文，但各種獎牌還是把實驗室的白墻填得滿滿當當。最近，在由中國科學院工會委員會組織的一場頒獎儀式上，他們又獲得了一塊獎牌，上面寫著紅彤彤的四個字——“科苑名匠”。

這個團隊就是中國科學院理化技術研究所（以下簡稱理化所）空間制冷技術研究團隊。他們的拿手絕活兒是研制宇航級脈沖管制冷機——一種可以為衛星載荷降溫的“神器”。

過去25年里，他們將脈沖管制冷機的關鍵技術與工藝性能一點點推向極限，最終打破國外壟斷，讓我國衛星用上了國產的、長壽命的宇航級“降溫神器”。

實驗室里滿墻的榮譽獎牌。倪思潔攝

“科苑名匠”獎牌。受訪者供圖

“用上才是真本事”

很多衛星怕熱，特別是紅外成像類的探測衛星。由于距離目標探測物遙遠，衛星上的紅外探測器需要保持在低溫甚至極低溫水平，才能敏銳地探測出遙遠目標上的細微差別。

制冷機就是為探測器降溫的儀器，它的性能直接決定著星載儀器能不能看得清，衛星的工作壽命有多長。

在過去很長一段時間，宇航級制冷機都是我國探測衛星的“短板”。我國衛星上使用的微型制冷機，大多是地面級制冷機，精密程度和穩定性都遠不如宇航級制冷機，壽命也只有宇航級制冷機的十分之一。

團隊成員、理化所研究員陳厚磊告訴《中國科學報》，宇航級制冷機主要采用脈沖管制冷方式，原理是通過機械運動使氣體在特定的位置膨脹，而氣體膨脹時會出現降溫現象。

其實，從上世紀80年代開始，原中國科學院低溫技術實驗中心（理化所前身之一）就率先開始了脈沖管制冷技術的基礎研究。到上世紀90年代，他們已經數次創造最低制冷溫度紀錄，取得一系列原創性成果，并獲得國際制冷學會“卡皮查獎”和“林德獎”。

年輕時的理化所研究員、團隊前任負責人梁驚濤就曾是國際學術交流活動的“寵兒”之一，他拿過很多獎項，包括國際制冷學會首屆“卡皮查獎”。上世紀90年代末，正當他和團隊在為我國脈沖管制冷技術研究走在世界前列而欣喜時，美國不聲不響地將脈沖管制冷機“打上了天”。梁驚濤如夢初醒：“他們表揚你有什么用？用上才是真本事！”

自那之后，他和同事們決定轉換賽道，將目標瞄準到脈沖管制冷技術的工程化與應用上。1999年6月，理化所組建，原中國科學院低溫技術實驗中心的脈沖管制冷研究團隊整體進入理化所。踏上新賽道的團隊，開始面向國家空間遙感及紅外探測領域的重大需求，開展脈沖管制冷機的工程化和空間應用研究。

團隊成員在實驗室里討論技術問題。受訪者供圖

從“7年”到“7天”

新的賽道，是一條與以往的基礎研究和技術探索完全不同的賽道。團隊成員們開始切身體會到，科學研究與工程應用之間的差異有多大。

最讓團隊成員印象深刻的，是板彈簧的研制過程。板彈簧是脈沖管制冷機的關鍵技術難點之一，它是壓縮機里支撐活塞運動的部件，看上去像是一盤迷你的“金屬蚊香”，而壓縮機是脈沖管制冷機的“心臟”。

為了避免磨損，壓縮機的活塞與氣缸之間需要保持微米級的間隙，這就要求由板彈簧支撐的活塞，絲毫不能偏離中心軸。不僅如此，板彈簧還必須具備極強的抗疲勞性，經得起上百億次的拉伸。

一開始，團隊里每個人都知道板彈簧長什么樣，卻從來沒人做出過板彈簧。梁驚濤帶著團隊成員找來國際學術期刊，照著上面的板彈簧圖紙依樣畫葫蘆，可最后做出來的板彈簧性能不行，根本經不住壽命試驗的考驗。之后，他們采用“土方法”，一點點摸索改進工藝，將板彈簧的斷裂時間一點點往后延。

用了7年時間，團隊終于研制出了一個能滿足壓縮機性能需求的板彈簧。在此基礎上，2008年時，他們研制出我國首臺空間長壽命脈沖管制冷機，并成功進行在軌驗證，使我國成為繼美國之后第二個掌握空間長壽命制冷技術的國家。

然而，梁驚濤等人沒能因此松口氣，他們意識到，用“土方法”試出來的板彈簧雖然“成了”，但如果要給板彈簧換個尺寸、厚度或材質的話，他們就又不會做了。

“根本不敢有任何變動，厚度、形線、大小、材質都不敢變，可每個任務對壓縮機、板彈簧的需求都不一樣，一款板彈簧無法滿足多元化的應用需求。”梁驚濤說。

看來，要真正攻下板彈簧技術，不僅要知其然，還必須知其所以然。之后的10多年里，團隊成員繼續“死磕”板彈簧，一點點摸透板彈簧的“脾氣”，確定各種性能指標的臨界值，并開發出專用的仿真軟件。

“現在，如果要開啟一項新的工程任務，我們設計板彈簧的時間已經可以從最初的7年，縮短到7天。”團隊成員、理化所高級工程師荀玉強自信地說。

實驗室里各式各樣的板彈簧。倪思潔攝

板彈簧只是脈沖管制冷機空間應用道路上諸多攔路虎中的一只。除了最核心的壓縮機相關工藝之外，為了提升脈沖管制冷機的性能，團隊還在交變流動阻力匹配、超高頻精準調相、主動減振等關鍵核心技術及工藝上不斷挑戰極限。

隨著技術障礙被一一克服，我國不僅補上了空間長壽命脈沖管制冷技術的短板，而且在技術水平上已不輸美國。“我們研制的47臺脈沖管制冷機發射入軌，服務的衛星數量達24顆。我們所有的制冷機均在軌正常運行，沒有一臺發生過故障或質量問題。”過去25年、9000多天、無數次失敗后的成功，讓梁驚濤和團隊成員們底氣十足。

“挺過癮”

轉換賽道之后，團隊成員發表學術論文或申報科技獎項的機會也少了，就連他們的實驗室也是在一棟外觀不太起眼的小樓里。可是，團隊成員卻覺得“挺過癮”。

“我們的獲得感更多地來自于團隊內部。”梁驚濤說，“我們與志同道合的人，一起‘出生入死’，最后干成一件事，而那件事恰恰又是國家急需的，確實挺過癮的。”

梁驚濤帶團隊的“秘訣”是“共贏不內耗”。他會根據團隊發展戰略和成員的長處和興趣，將大家安排進不同的“跑道”，“跑道”之間互不重疊但相輔相成，比方說，脈沖管團隊把脈沖管做好了，節流制冷團隊就能實現更高的性能，為極低溫團隊奠定更好的基礎，久而久之，團隊內部形成了“你越好，我越好”的氛圍，成員之間也會相互幫忙和鼓勵。

有了合適的跑道，還要有奔跑的動力。脈沖管制冷機的用戶單位在報獎時常常主動帶上他們，每到此時，梁驚濤等中心領導就把署名的前排位置和領獎代表的位置留給年輕人。“人活一輩子圖個啥？不就是被認可嗎？大家的價值要得到團隊的承認，才會有做事的動力。”梁驚濤說。

為了提振士氣，梁驚濤還在時任支部書記洪國同研究員的提議下，為團隊所在的理化所空間功熱轉換技術重點實驗室寫了一首室歌。歌詞里寫道：“燃燒青春的熱血，鑄造祖國的利劍，空間功熱肩負著民族復興賦予的重擔。”

在實踐中，他們也總結出了一套工作經驗，其中之一就是“三線工作法”。陳厚磊介紹，“三線工作法”是他們針對航天任務特點提出的工作方法，即在傳統的航天產品研制過程的兩條線——管理線、技術線的基礎上，增設思想線，使黨支部的戰斗堡壘作用和黨員的先鋒模范作用在科研工作中得到發揮。

2018年，“三線工作法”被評為中國科學院的品牌工作法。目前，該工作法已在理化所重大任務團隊中推廣應用。2022年，團隊黨支部還被評為中央和國家機關“四強”黨支部、中國科學院“四強”標兵黨支部。

梁驚濤作詞的室歌。受訪者供圖

“科學技術的道路上沒有捷徑可走，不經過長期專一的堅守，打磨不出過硬的技術，更磨礪不出真正的巨匠大師。技術要發展，精神必傳承。”梁驚濤說。

如今，這支團隊剛剛完成新老交替，曾經被扶持的年輕人成了學術帶頭人，他們又以同樣的胸襟扶持更年輕的一代。

新任團隊負責人、理化所研究員趙密廣告訴《中國科學報》，未來，團隊將繼續發揚傳統，秉持精益求精的工匠精神，繼續打磨提升空間制冷技術，并將其延伸到極低溫，逼近絕對零度，同時，他們還將依托空間制冷技術積累，開展空間熱力發電方面的研究和應用，為空間科學、深空探測等領域奠定技術基礎。

團隊合影，前排居中為梁驚濤。受訪者供圖