——聚焦科研儀器研制(下)
“國(guó)家投幾億、十幾億元給你們，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有什么用?”常有人這么問(wèn)葉培建委員。
作為“嫦娥”等衛(wèi)星項(xiàng)目的技術(shù)負(fù)責(zé)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)儀器不光可以滿足人類(lèi)好奇心，也是決定民族前途的“國(guó)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?！耙郧暗目瓦\(yùn)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?！?/P>
過(guò)去車(chē)輪軸承質(zhì)量不好，長(zhǎng)期負(fù)荷催生裂紋，敲輪是為了排查異響。貨運(yùn)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(guó)的一個(gè)航天項(xiàng)目解決了。衛(wèi)星上應(yīng)用的一種紅外探測(cè)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，就能第一時(shí)間察覺(jué)到軸承的熱量異常，進(jìn)而發(fā)出警報(bào)。
葉培建告訴我們，衛(wèi)星上的儀器，還有很多可以直接或稍加改造后用來(lái)“賺錢(qián)”。比如衛(wèi)星上的高精密相機(jī)鏡頭，其設(shè)計(jì)思想可用于很多設(shè)備，比如光刻機(jī)上——沒(méi)有它就別想造出CPU等大型集成電路。而衛(wèi)星上使用的計(jì)算機(jī)，功率小，重量輕，耐極端條件，是未來(lái)計(jì)算機(jī)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(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建者威爾森，向國(guó)會(huì)要兩億美元做加速器。被問(wèn)到“項(xiàng)目是否有助于國(guó)防”時(shí)答道：“它不能保衛(wèi)美國(guó)，但它讓美國(guó)值得保衛(wèi)?！?/P>
實(shí)際上，加速器也為人類(lèi)做出了貢獻(xiàn)——?dú)W洲的粒子加速器實(shí)驗(yàn)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，著名科學(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(jié)構(gòu)分析儀、光學(xué)相襯顯微鏡和掃描隧道顯微鏡——既為發(fā)明人贏得了諾貝爾獎(jiǎng)，又開(kāi)辟了滾滾財(cái)源。
生物產(chǎn)業(yè)被寄予厚望，而最受歡迎的生物實(shí)用設(shè)備，比如基因芯片或極微運(yùn)動(dòng)探針，都是實(shí)驗(yàn)室里的儀器。
而隨著人們對(duì)環(huán)境和食品安全的重視，原本用于實(shí)驗(yàn)室的各種檢測(cè)儀器，也開(kāi)始為日常生活提供信息。
一切高級(jí)機(jī)器的原型
“關(guān)鍵零部件和儀器儀表支持不夠，是中國(guó)裝備制造業(yè)的難題。”水下機(jī)器人專(zhuān)家封錫盛委員在兩會(huì)上談到，中國(guó)出資支持重大裝備時(shí)，往往忽視先進(jìn)裝備的基礎(chǔ)工作。
這個(gè)基礎(chǔ)說(shuō)到底，是精密儀器——而科學(xué)儀器是其中最精密的，其他機(jī)器都發(fā)源于此。
蒸汽機(jī)可能是歷史上最重要的機(jī)器。第一臺(tái)蒸汽機(jī)，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(duì)蒸汽機(jī)做出重要改進(jìn)，他就是瓦特。
18世紀(jì)開(kāi)始，購(gòu)買(mǎi)科學(xué)儀器成為歐洲時(shí)尚，很快大批實(shí)用機(jī)械問(wèn)世，這不是偶然的。機(jī)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(guó)是當(dāng)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。
最高的精度來(lái)源于光學(xué)儀器。比如“工業(yè)之母”數(shù)控機(jī)床，它使用一種叫“光柵”的尺子，其標(biāo)刻的準(zhǔn)確度，決定了機(jī)床精度的上限。
最好的光柵出自一家德國(guó)公司：它花2億歐元建了一個(gè)三級(jí)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最好的原子鐘，還有中國(guó)國(guó)家計(jì)量局不具備的長(zhǎng)度傳遞標(biāo)準(zhǔn)。因此德國(guó)機(jī)床得以使用全球最準(zhǔn)的尺子。
高端制造離不開(kāi)精密儀器——往往就是科學(xué)儀器。著名的蔡司公司，既生產(chǎn)高質(zhì)量天文望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡，也生產(chǎn)照相機(jī)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;摩擦最小的活塞引擎，壽命最長(zhǎng)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，也離不開(kāi)光學(xué)儀器“指正”。
發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)不僅有雄厚的科學(xué)儀器制造基礎(chǔ)，而且政府也不敢輕視儀器創(chuàng)新。美國(guó)國(guó)家自然基金和國(guó)立健康研究院出專(zhuān)資，提出要確保美國(guó)科學(xué)儀器業(yè)的領(lǐng)先;歐盟前幾年斥資41億歐元用于輻射源和望遠(yuǎn)鏡等新型儀器;日本政府從2004年開(kāi)始斥巨資研制世界尖端的分析計(jì)量?jī)x。
中國(guó)儀器產(chǎn)業(yè)弱勢(shì)
今年初，中國(guó)政府宣布撥款8億元資助科學(xué)儀器，這是歷來(lái)最大的投入。但中國(guó)仍缺乏科學(xué)儀器的制造經(jīng)驗(yàn)，目前國(guó)內(nèi)業(yè)界大多數(shù)是小作坊生產(chǎn)，研發(fā)投入只占銷(xiāo)售額2%—3%。外國(guó)業(yè)界則為歷史悠久的巨型企業(yè)統(tǒng)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(jìng)爭(zhēng)力。
中國(guó)突飛猛進(jìn)的科研經(jīng)費(fèi)中，大頭用于購(gòu)置各種高端科學(xué)儀器，而這些儀器中國(guó)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(xiàng)調(diào)研顯示，中國(guó)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(shè)備，部分領(lǐng)域完全依賴(lài)進(jìn)口。
北京吉天儀器公司的老總告訴科技日?qǐng)?bào)記者，40年前，某些關(guān)鍵零部件就只能依賴(lài)進(jìn)口。比如光譜儀器必用的光電倍增管，直接影響儀器靈敏度和穩(wěn)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(qiáng)調(diào)的都是上百年的積累，無(wú)法一蹴而就。一個(gè)數(shù)據(jù)是：外國(guó)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(guó)僅占2%到3%，因此國(guó)產(chǎn)儀器只在中低檔市場(chǎng)徘徊。
全國(guó)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(dǎo)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?！壁w忠賢認(rèn)為，原創(chuàng)性的先進(jìn)儀器是在國(guó)家的科研計(jì)劃，包括863計(jì)劃﹑973計(jì)劃以及科學(xué)院和基金委計(jì)劃的支持下，長(zhǎng)期積累而成的，涉及材料、器件和設(shè)計(jì)能力及人才培養(yǎng)，是一個(gè)綜合的結(jié)果。
“一個(gè)國(guó)家如果不能制造一些高精尖儀器，即使這個(gè)國(guó)家真的很富有，它仍然算不上真正的發(fā)達(dá)國(guó)家。”趙忠賢說(shuō)。
