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科學(xué)儀器是*生產(chǎn)力

點(diǎn)擊次數:2246 更新時(shí)間:2012-03-09

         “國家投幾億、十幾億元給你們,對國民經(jīng)濟有什么用?”常有人這么問(wèn)葉培建委員。

    作為“嫦娥”等衛星項目的技術(shù)負責人,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(lái),科學(xué)儀器不光可以滿(mǎn)足人類(lèi)好奇心,也是決定民族前途的“國之重器”。

    誰(shuí)說(shuō)科學(xué)儀器賺不了錢(qián)?

    葉培建在兩會(huì )上講了一個(gè)故事。“以前的客運火車(chē),工作人員在停車(chē)的時(shí)候,拿扳手或鋼棍敲敲車(chē)輪。你知道他為什么要敲?聽(tīng)聲音。”

    過(guò)去車(chē)輪軸承質(zhì)量不好,長(cháng)期負荷催生裂紋,敲輪是為了排查異響。貨運火車(chē)更容易出問(wèn)題,卻無(wú)法停下來(lái)“敲”,因此軸承經(jīng)常斷裂。

    這個(gè)難題,居然被我國的一個(gè)航天項目解決了。衛星上應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(xiàn),就能*時(shí)間察覺(jué)到軸承的熱量異常,進(jìn)而發(fā)出警報。

    葉培建告訴我們,衛星上的儀器,還有很多可以直接或稍加改造后用來(lái)“*”。比如衛星上的高精密相機鏡頭,其設計思想可用于很多設備,比如光刻機上——沒(méi)有它就別想造出CPU等大型集成電路。而衛星上使用的計算機,功率小,重量輕,耐條件,是未來(lái)計算機參考的模板。

    科學(xué)儀器的世俗價(jià)值,不像它的“神圣”價(jià)值那樣經(jīng)常被提及。費米實(shí)驗室的創(chuàng )建者威爾森,向國會(huì )要兩億美元做加速器。被問(wèn)到“項目是否有助于國防”時(shí)答道:“它不能保衛美國,但它讓美國值得保衛。”

    實(shí)際上,加速器也為人類(lèi)做出了貢獻——歐洲的粒子加速器實(shí)驗室里,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,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)結構分析儀、光學(xué)相襯顯微鏡和掃描隧道顯微鏡——既為發(fā)明人贏(yíng)得了諾貝爾獎,又開(kāi)辟了滾滾財源。

    生物產(chǎn)業(yè)被寄予厚望,而的生物實(shí)用設備,比如基因芯片或極微運動(dòng)探針,都是實(shí)驗室里的儀器。

    而隨著(zhù)人們對環(huán)境和食品安全的重視,原本用于實(shí)驗室的各種檢測儀器,也開(kāi)始為日常生活提供信息。

    一切機器的原型

    “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。”水下機器人專(zhuān)家封錫盛委員在兩會(huì )上談到,中國出資支持重大裝備時(shí),往往忽視先進(jìn)裝備的基礎工作。

    這個(gè)基礎說(shuō)到底,是精密儀器——而科學(xué)儀器是其中zui精密的,其他機器都發(fā)源于此。

    蒸汽機可能是歷*zui重要的機器。*臺蒸汽機,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(gè)科學(xué)儀器工匠,對蒸汽機做出重要改進(jìn),他就是瓦特。

    18世紀開(kāi)始,購買(mǎi)科學(xué)儀器成為歐洲時(shí)尚,很快大批實(shí)用機械問(wèn)世,這不是偶然的。機械發(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)。英國是當時(shí)科學(xué)儀器的世界中心,與它成為工業(yè)革命策源地大有關(guān)系。

    zui高的精度來(lái)源于光學(xué)儀器。比如“工業(yè)之母”數控機床,它使用一種叫“光柵”的尺子,其標刻的準確度,決定了機床精度的上限。

    的光柵出自一家德國公司:它花2億歐元建了一個(gè)三級隔振的車(chē)間,振幅不超過(guò)1.5納米,且溫差只有百分之一度。這家公司擁有世界上的原子鐘,還有中國國家計量局不具備的長(cháng)度傳遞標準。因此德國機床得以使用zui準的尺子。

    制造離不開(kāi)精密儀器——往往就是科學(xué)儀器。的蔡司公司,既生產(chǎn)高質(zhì)量天文望遠鏡和顯微鏡,也生產(chǎn)照相機鏡頭和工業(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(chē),軸承之所以不會(huì )折斷,要感謝光學(xué)儀器提供的高精度;摩擦zui小的活塞引擎,壽命zui長(cháng)的噴氣發(fā)動(dòng)機,也離不開(kāi)光學(xué)儀器“指正”。

    發(fā)達工業(yè)國不僅有雄厚的科學(xué)儀器制造基礎,而且政府也不敢輕視儀器創(chuàng )新。美國國家自然基金和國立健康研究院出專(zhuān)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鏡等新型儀器;日本政府從2004年開(kāi)始斥巨資研制世界的分析計量?jì)x。

    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(lái)zui大的投入。但中國仍缺乏科學(xué)儀器的制造經(jīng)驗,目前國內業(yè)界大多數是小作坊生產(chǎn),研發(fā)投入只占銷(xiāo)售額2%—3%。外國業(yè)界則為歷史悠久的巨型企業(yè)統治,研發(fā)投入平均占銷(xiāo)售額的十分之一。

    在江蘇某市,已經(jīng)形成了一個(gè)儀器中心,有一百多個(gè)儀器企業(yè),但很多都是以仿制起家,很難說(shuō)形成了自己的核心競爭力。

    中國突飛猛進(jìn)的科研經(jīng)費中,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調研顯示,中國每年上萬(wàn)億元的科研固定資產(chǎn)投資中,六成用于進(jìn)口設備,部分領(lǐng)域*依賴(lài)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(lài)進(jìn)口。比如光譜儀器*的光電倍增管,直接影響儀器靈敏度和穩定性。40年過(guò)去了該器件仍依賴(lài)進(jìn)口,每年花掉該公司300多萬(wàn)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)域強調的都是上百年的積累,無(wú)法一蹴而就。一個(gè)數據是:外國科學(xué)儀器公司的開(kāi)發(fā)投入平均占銷(xiāo)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(chǎng)徘徊。

    全國政協(xié)委員、物理學(xué)家趙忠賢舉了一個(gè)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(lái)的。”趙忠賢認為,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(cháng)期積累而成的,涉及材料、器件和設計能力及人才培養,是一個(gè)綜合的結果。

    “一個(gè)國家如果不能制造一些高精尖儀器,即使這個(gè)國家真的很富有,它仍然算不上真正的發(fā)達國家。”趙忠賢說(shuō)。

    (記者 高博) 

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